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» 2017年09月01日 15時00分 UPDATE

医療技術ニュース:薬の濃度・効果を生きた動物の脳や内耳からリアルタイムに計測するセンサー

新潟大学は、針状のダイヤモンド電極センサーを用いた薬物モニターシステムを開発し、生きた動物の脳や内耳の狭い空間でのさまざまな薬の濃度と作用をリアルタイム計測することに成功した。

[MONOist]

 新潟大学は2017年8月10日、同大学大学院 医歯学総合研究科 教授の日比野浩氏らと慶應義塾大学理工学部 教授の栄長泰明氏らの合同研究チームが、針状の「ダイヤモンド電極センサー」を用いた薬物モニターシステムを開発したと発表した。さらに、東京大学大学院 薬学系研究科 教授の楠原洋之氏、同工学系研究科 教授の高井まどか氏のチームと共同で、生きた動物の脳や内耳の狭い空間(1mm以下)でのさまざまな薬の濃度と作用をリアルタイム計測することに成功した。

 今回開発した薬物モニターシステムは、2つのセンサーで構成される。1つは先端のサイズが40μmの「針状ダイヤモンド電極センサー」で、薬の濃度を敏感に測定する。もう1つの「微小ガラス電極センサー」は先端が1μmで、細胞の電気信号を直接観察できる。

 針状ダイヤモンド電極センサーには、ホウ素を含んだ特殊なダイヤモンドを活用。同素材は体に優しく、特殊な分子構造のため汚れがつきにくく、安定した反応が得られることから体内での計測に適している。他素材よりも水の電気分解が起こりにくく、それによるノイズが少ないため、薬の濃度に比例した電極センサーの反応を観察できた。また、電極センサー自身が持つノイズも非常に低く、複雑な脳や内耳でも少量の薬を鋭敏に測定できる。

 動物実験では、これら2つのセンサーを薬が標的とする細胞の塊の近くに入れることで、刻々と変化する薬の濃度と細胞の働きを同時かつリアルタイムにモニターすることに成功した。抗てんかん薬ラモトリギンをラットに静脈注射した場合、脳でのラモトリギンの濃度が上がり始めると同時に、神経細胞の電気活動が強く抑制された。薬の濃度はその後ゆっくり増加し、投与後約15分で減少に転じることが分かった。

 さらに、同モニターシステムは、さまざまな抗がん剤、抗うつ薬、抗生剤の計測にも使える可能性があるという。今後、針状ダイヤモンド電極センサーの性能を上げ、細胞の信号を観測するさまざまなセンサーと組み合わせれば、副作用を抑えて効果を最大にする投薬法や、安心・安全・有効な創薬の開発が期待される。また、心臓や腎臓などでの測定にも応用できる可能性があるとしている。

 同研究成果は同日、英科学雑誌「Nature Biomedical Engineering」電子版に掲載された。

photo 針状ダイヤモンド電極センサー 出典:新潟大学
photo 微小ガラス電極センサー 出典:新潟大学
photo 脳での抗てんかん薬ラモトリギンの反応(右) 出典:新潟大学

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