JP2020511652A - テラヘルツ波を用いたｄｎａ分析方法およびｄｎａ分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、テラヘルツ波を用いてＤＮＡから癌の種類を正確に判別できる、テラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置を提供する。【解決手段】本発明に係るＤＮＡ分析方法は、（ａ）メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するステップと、（ｂ）前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するステップと、（ｄ）前記（ｃ）ステップで検出した前記ピークから癌の種類を判断するステップとを含む。
Description
本発明は、テラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置に関し、特に、テラヘルツ波を用いてＤＮＡから癌の種類を正確に判別できる、テラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置に関する。
ＤＮＡのメチル化は、癌発生の非常に核心的な機序の一つとして知られている。腫瘍標識子であるＤＮＡのメチル化は、癌発生初期に起こる現象で、ほぼすべての癌において普遍的に発見され、人体の各臓器によって固有の特性を有する。
図１Ａおよび図１Ｂは、正常なＤＮＡと癌が発生した場合のＤＮＡを概略的に示す図である。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、癌が発生すると、ＤＮＡはメチル化が進む点から、正常なＤＮＡとは異なる。したがって、ＤＮＡのメチル化を測定すると、発癌の有無を確認することができる。
ＤＮＡのメチル化検査により発癌診断を行うためには、ＤＮＡのメチル化の程度を正確に測定する定量測定法が必要である。
定量測定法の一つとして、図２に示されたバイサルファイト変換法（Ｂｉｓｕｌｆｉｔｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）およびアレイ方法がある。バイサルファイト変換法は、脱アミノ反応によって非メチル化ＤＮＡ内にウラシル（ｕｒａｓｉｌ）を生成するものである。バイサルファイト変換法によって処理されたＤＮＡを、ＰＣＲ増幅、塩基配列検査などによりＤＮＡのメチル化の程度を測定する。
他の定量測定法の一つとして、図３に示されたエライザ様（ＥＬＩＳＡ−ｌｉｋｅ）方法がある。エライザ様方法は、図３に示された過程を経てＤＮＡのメチル化の程度を測定する方法である。
バイサルファイト変換法（Ｂｉｓｕｌｆｉｔｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）およびアレイ方法とエライザ様方法は、複雑な前処理過程を必要とし、測定のための標識子を必須として要求する。このような複雑な前処理過程にもかかわらず、バイサルファイト変換法（Ｂｉｓｕｌｆｉｔｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）およびアレイ方法とエライザ様方法は、相対的に低い正確度を有する。したがって、発癌の有無の診断はもちろんのこと、癌の種類を正確に判別する新たな方法および装置が要求される。
本発明は、テラヘルツ波を用いてＤＮＡから癌の種類を正確に判別できる、テラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置を提供することを目的とする。
本発明に係るＤＮＡ分析方法は、（ａ）メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するステップと、（ｂ）前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するステップと、（ｄ）前記（ｃ）ステップで検出した前記ピークから癌の種類を判断するステップとを含むことを特徴とする。
前記（ｃ）ステップは、（ｃ−１）前記波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングするステップと、（ｃ−２）前記第１ガウス関数のピークおよび前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数を検出するステップとを含むことが好ましい。
前記（ｄ）ステップは、前記（ｃ−２）ステップで検出された前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断するステップを含むことが好ましい。
前記（ａ）ステップは、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射するステップを含むことが好ましい。
本発明に係るＤＮＡ分析装置は、メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射部と、前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部によって検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するピーク検出部と、前記ピーク検出部が検出した前記ピークから癌の種類を判断する判断部とを含むことを特徴とする。
前記ピーク検出部は、前記波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングする波形フィッティング部と、前記第１ガウス関数のピークおよび前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数を検出するガウスピーク検出部とを含むことが好ましい。
前記判断部は、前記ガウスピーク検出部が検出した前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断することができる。
テラヘルツ波照射部は、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射することが好ましい。
前記（ｄ）ステップは、前記（ｃ−２）ステップで検出された前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断するステップを含むことが好ましい。
前記（ａ）ステップは、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射するステップを含むことが好ましい。
本発明に係るＤＮＡ分析装置は、メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射部と、前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、前記テラヘルツ波検出部によって検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するピーク検出部と、前記ピーク検出部が検出した前記ピークから癌の種類を判断する判断部とを含むことを特徴とする。
前記ピーク検出部は、前記波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングする波形フィッティング部と、前記第１ガウス関数のピークおよび前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数を検出するガウスピーク検出部とを含むことが好ましい。
前記判断部は、前記ガウスピーク検出部が検出した前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断することができる。
テラヘルツ波照射部は、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射することが好ましい。
本発明に係るＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置は、テラヘルツ波を用いてＤＮＡから癌の種類を正確に判別できるという利点がある。
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図４は、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法を示すフローチャートである。図４を参照すれば、メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射する（Ｓ１００）。ここで、メチル化されたＤＮＡに照射されるテラヘルツ波の周波数を変化させながらテラヘルツ波をメチル化されたＤＮＡに照射することが好ましい。例えば、テラヘルツ波の周波数を０．４ＴＨｚから２．５ＴＨｚまで変更させながらメチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射する。
図４は、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法を示すフローチャートである。図４を参照すれば、メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射する（Ｓ１００）。ここで、メチル化されたＤＮＡに照射されるテラヘルツ波の周波数を変化させながらテラヘルツ波をメチル化されたＤＮＡに照射することが好ましい。例えば、テラヘルツ波の周波数を０．４ＴＨｚから２．５ＴＨｚまで変更させながらメチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射する。
次に、メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出する（Ｓ１１０）。メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射すると、テラヘルツ波の一部はメチル化されたＤＮＡを透過し、一部は反射する。反射したテラヘルツ波はメチル化されたＤＮＡに応じて固有の情報を含む。例えば、皮膚癌細胞のＤＮＡで反射したテラヘルツ波と、前立腺癌細胞のＤＮＡで反射したテラヘルツ波との特性が異なる。これについては詳細に後述する。
次に、Ｓ１１０ステップで検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出する（Ｓ１２０）。
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明に係る検出されたテラヘルツ波の波形を示すグラフである。ここで、図５Ａは、正常なＤＮＡサンプルにテラヘルツ波を照射した時に検出されたテラヘルツ波の波形であり、図５Ｂは、正常なＤＮＡをメチル化して得られたＤＮＡサンプルにテラヘルツ波を照射した時に検出されたテラヘルツ波の波形であり、図５Ｃは、前立腺癌細胞のＤＮＡにテラヘルツ波を照射した時に検出されたテラヘルツ波の波形であり、図５Ｄは、肺癌細胞のＤＮＡにテラヘルツ波を照射した時に検出されたテラヘルツ波の波形である。
図５Ａ〜図５Ｄに示されるように、検出されたテラヘルツ波の波形は、癌の種類に応じて固有のピークを有する。具体的には、前立腺癌の場合、１．６８ＴＨｚにピークが存在し、肺癌の場合、１．６６ＴＨｚにピークが存在する。
ピークを検出する方法が図６に詳細に示されている。以下、図６を参照して、Ｓ１２０ステップについてより詳細に説明する。
図６は、図４のＳ１２０ステップを詳細に示すフローチャートである。図６を参照すれば、検出されたテラヘルツ波の波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングする（Ｓ１２１）。具体的には、テラヘルツ波の周波数を変更しながらＤＮＡにテラヘルツ波を照射して得られた応答信号（検出されたテラヘルツ波）を、図５Ａ〜図５Ｄのようにグラフでフィッティングする（図５Ａ〜図５Ｄに実線で表示される）。発明者らの研究結果によれば、この応答信号は、第１ガウス関数（一点鎖線で表示）と第２ガウス関数（点線で表示）との和で表示される。したがって、前記応答信号から第１ガウス関数と第２ガウス関数を求めることができる。
次に、第１ガウス関数のピークおよび第１ガウス関数のピークに対応するテラヘルツ波の周波数を検出する（Ｓ１２２）。ここで、応答信号のピークにおける周波数は、第１ガウス関数のピークにおけるテラヘルツ波の周波数に対応する。したがって、第１ガウス関数のピークにおけるテラヘルツ波の周波数を求めると、検出されたテラヘルツ波のピークにおける周波数を求めることができる。
また、図４を参照すれば、Ｓ１２０ステップで検出したピークから癌の種類を判断する。具体的には、Ｓ１３０ステップは、Ｓ１２２ステップで検出された第１ガウス関数のピークに対応するテラヘルツ波の周波数から癌の種類を判断する。第１ガウス関数のピークに対応するテラヘルツ波の周波数は、癌の種類に応じて固有の値を有するので、癌の種類による基準周波数をテーブルの形態でメモリに格納し、検出された周波数とメモリに格納された基準周波数とを比較して一致した値を探すことで癌の種類を判断することができる。
以下、上述した本発明に係るＤＮＡ分析方法が行われるＤＮＡ分析装置について、図７を参照して詳細に説明する。
図７は、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析装置を示すブロック図である。図７を参照すれば、本発明に係るＤＮＡ分析装置は、制御部１００と、テラヘルツ波照射部１１０と、テラヘルツ波検出部１２０と、ピーク検出部１３０と、判断部１４０とを含む。
図７は、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析装置を示すブロック図である。図７を参照すれば、本発明に係るＤＮＡ分析装置は、制御部１００と、テラヘルツ波照射部１１０と、テラヘルツ波検出部１２０と、ピーク検出部１３０と、判断部１４０とを含む。
制御部１００は、テラヘルツ波照射部１１０、テラヘルツ波検出部１２０、ピーク検出部１３０、および判断部１４０はもちろんのこと、本発明に係るＤＮＡ分析装置を全般的に制御する。
テラヘルツ波照射部１１０は、メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射する。好ましくは、テラヘルツ波照射部１１０は、テラヘルツ波の周波数を変化させながらテラヘルツ波をメチル化されたＤＮＡに照射する。すなわち、テラヘルツ波照射部１１０は、図４のＳ１００ステップを行う。
テラヘルツ波検出部１２０は、テラヘルツ波照射部１１０によって、テラヘルツ波のうち、メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出する。すなわち、テラヘルツ波検出部１２０は、図４のＳ１１０ステップを行う。
検出するピーク検出部１３０は、テラヘルツ波検出部１２０によって検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出する。すなわち、ピーク検出部１３０は、図４のＳ１２０ステップを行う。
ピーク検出部１３０は、波形フィッティング部１３１と、ガウスピーク検出部１３２とを含むことができる。
波形フィッティング部１３１は、波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングする。すなわち、波形フィッティング部１３１は、図６のＳ１２１ステップを行う。
ガウスピーク検出部１３２は、第１ガウス関数のピークおよび第１ガウス関数のピークに対応するテラヘルツ波の周波数を検出する。すなわち、ガウスピーク検出部１３２は、図６のＳ１２２ステップを行う。
判断部１４０は、ピーク検出部１３０が検出したピークから癌の種類を判断する。すなわち、判断部１４０は、図４のＳ１３０ステップを行う。具体的には、判断部１４０は、ガウスピーク検出部１３２が検出した第１ガウス関数のピークに対応するテラヘルツ波の周波数から癌の種類を判断する。
図８は、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法において、テラヘルツ領域における白血病癌腫に対する吸収係数を示す図である。図８には、互いに異なる白血病癌腫から抽出したＤＮＡサンプルに対するテラヘルツ吸収係数（α）が示されている。
図８で、「Ｒａｊｉ」はバーキットリンパ腫（Ｂｕｒｋｉｔｔ’ｓ ｌｙｍｐｈｏｍａ）、「ＨＬ−６０」は急性前骨髄性白血病（ａｃｕｔｅ ｐｒｏｍｙｅｌｏｃｙｔｉｃ ｌｅｕｋｅｍｉａ）、「ＳＵ−ＤＨＬ−１」はＡＬＣＬ（Ａｎａｐｌａｓｔｉｃ Ｌａｒｇｅ Ｃｅｌｌ Ｌｙｍｐｈｏｂｌａｓｔｉｃ Ｌｅｕｋｅｍｉａ）、ＣＣＲＦ−ＣＥＭは急性リンパ芽球性白血病（Ａｃｕｔｅ ｌｙｍｐｈｏｂｌａｓｔｉｃ ｌｅｕｋｅｍｉａ）をそれぞれ示す。
図８に示されるように、ＤＮＡサンプルに対するテラヘルツ吸収係数（α）は、白血病癌腫に応じて異なるピークを有する。したがって、本発明に係るテラヘルツ波を用いたＤＮＡ分析方法を利用して癌の種類を正確に判別することができる。
本発明に係るＤＮＡ分析方法およびＤＮＡ分析装置は、テラヘルツ波を用いてＤＮＡから癌の種類を正確に判別できるので、産業上の利用可能性がある。
Claims (8)
- （ａ）メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するステップと、
（ｂ）前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するステップと、
（ｃ）前記（ｂ）ステップで検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するステップと、
（ｄ）前記（ｃ）ステップで検出した前記ピークから癌の種類を判断するステップとを含むことを特徴とするＤＮＡ分析方法。 - 前記（ｃ）ステップは、
（ｃ−１）前記波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングするステップと、
（ｃ−２）前記第１ガウス関数のピークおよび前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数を検出するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡ分析方法。 - 前記（ｄ）ステップは、前記（ｃ−２）ステップで検出された前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載のＤＮＡ分析方法。
- 前記（ａ）ステップは、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載のＤＮＡ分析方法。
- メチル化されたＤＮＡにテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射部と、
前記メチル化されたＤＮＡによって反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出部と、
前記テラヘルツ波検出部によって検出されたテラヘルツ波の波形のピークを検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部が検出した前記ピークから癌の種類を判断する判断部とを含むことを特徴とするＤＮＡ分析装置。 - 前記ピーク検出部は、
前記波形を第１ガウス関数と第２ガウス関数との和でフィッティングする波形フィッティング部と、
前記第１ガウス関数のピークおよび前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数を検出するガウスピーク検出部とを含むことを特徴とする請求項５に記載のＤＮＡ分析装置。 - 前記判断部は、前記ガウスピーク検出部が検出した前記第１ガウス関数のピークに対応する前記テラヘルツ波の周波数から前記癌の種類を判断することを特徴とする請求項６に記載のＤＮＡ分析装置。
- テラヘルツ波照射部は、前記テラヘルツ波の周波数を変化させながら前記テラヘルツ波を前記メチル化されたＤＮＡに照射することを特徴とする請求項７に記載のＤＮＡ分析装置。
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