九州大学,日本電子株式会社,理化学研究所,科学技術振興機構(JST)

令和4年9月21日

九州大学
日本電子株式会社
理化学研究所
科学技術振興機構(JST)

新しい核偏極リレー法により「水の高核偏極化」に成功

~薬物スクリーニングや細胞内のたんぱく質解析への道~

ポイント

核磁気共鳴分光法(NMR)や磁気共鳴イメージング(MRI)は、化学や医療など幅広い分野で利用される技術です。それらの技術では物質内の原子が持つ核スピンを利用し、分子に関する情報を観測しています。しかし、観測に利用できる核スピンが非常に少ないことから得られる信号も極めて弱いことが課題となっていました。特にMRIでは主に体内に多量に存在する水分子の信号を利用していますが、温和な条件下では、そのわずかな核スピン(0.001パーセント程度)しか利用できていません。

今回、九州大学 大学院工学研究院の楊井 伸浩 准教授、君塚 信夫 教授、同大学 大学院工学府の松本 尚士 大学院生、西村 亘生 大学院生、理研-JEOL連携センターおよび株式会社JEOL RESONANCEの西山 裕介 ユニットリーダー、理化学研究所 開拓研究本部および仁科加速器科学研究センターの上坂 友洋 主任研究員、立石 健一郎 研究員の研究グループは、室温で水のNMR信号強度を向上させる新たな手法を開発しました。

NMRやMRIの検出感度を向上させるには、原子が持つ核スピンの向きを揃えた高偏極状態を作り出す必要があります。そのため、これまで電子スピンの偏極を直接水分子の核スピンへ移す戦略が取られてきましたが、極低温(-150度以下)での測定や、測定に悪影響を及ぼすラジカル分子を加えることが必要でした。研究グループはナノサイズの有機結晶内で生成した電子スピンを核スピンへ移し、その結晶内で蓄積した核偏極を水分子へ移す「核偏極リレー」によって、初めて室温で水分子を高偏極状態にすることに成功しました。

今回実証された新たな技術は、室温でさまざまな生体分子に対する連続的なNMR/MRI感度向上につながり、薬物スクリーニングや細胞内たんぱく質構造解析の新しい手法開発として期待されます。

本研究成果は、2022年9月15日(木)に米国化学会の国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。

本研究の一部はJST さきがけ「量子技術を適用した生命科学基盤の創出」領域(JPMJPR18GB、研究課題名:超核偏極ナノ空間の創出に基づく高感度生体分子観測)、JST 創発的研究支援事業(JPMJFR201Y、研究課題名:MRI・NMRの未来を担う「トリプレット超核偏極の材料化学」)、日本学術振興会 科学研究費(JP20H02713、JP20K21211、JP20H05676、JP21J13049)、新日本先進医療研究財団、積水化学 自然に学ぶものづくり研究助成プログラム、理研-九大科学 技術ハブ共同研究プログラム、理化学研究所 独創的研究課題「動的構造生物学」からの支援により行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Proton Hyperpolarization Relay from Nanocrystals to Liquid Water”
DOI:10.1021/jacs.2c07518

<お問い合わせ先>

前に戻る