JP7224642B2 - Measuring method and measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、神経伝達の状態を計測する計測方法および神経伝達の状態を計測する計測装置に関する。 The present invention relates to a measuring method for measuring the state of nerve transmission and a measuring device for measuring the state of nerve transmission.
神経細胞は、電気信号を受け取ると、膜電位を変化させてナトリウムチャネルやナトリウムチャネルの開閉を制御することにより、軸索の末端まで信号を伝える。軸索の末端まで電気信号が伝わると、神経伝達物質が放出され、この神経伝達物質が次の神経細胞を刺激することで、次の神経細胞が電気信号を受け取る。このように電気信号を伝えていくことで、神経伝達が行われる。 When a nerve cell receives an electrical signal, it transmits the signal to the end of the axon by changing the membrane potential and controlling the opening and closing of the sodium channel and the sodium channel. When the electrical signal reaches the end of the axon, a neurotransmitter is released that stimulates the next nerve cell to receive the electrical signal. Nerve transmission is performed by transmitting electrical signals in this way.
膜電位の変化の一例を挙げると、ヤリイカの神経軸索を用いた研究がある(例えば、非特許文献1)。図8は膜電位変化の例、図9は、神経活動に伴う電位伝搬を示す図で、ヤリイカの巨大軸索における時空間変化である。チャネル開閉等に伴う膜電位変化は、数ミリ秒の時間枠で100mV程度であることが明らかになっている。 As an example of changes in membrane potential, there is research using nerve axons of spear squid (for example, Non-Patent Document 1). FIG. 8 is an example of changes in membrane potential, and FIG. 9 is a diagram showing potential propagation accompanying nerve activity, showing spatiotemporal changes in giant axons of a squid. It has been clarified that the membrane potential change associated with channel gating and the like is about 100 mV in a time frame of several milliseconds.
膜電位の計測方法としては、微小電極を細胞に結合させて電位を計測する方法が知られている(例えば、特許文献1)。 As a method of measuring membrane potential, a method of measuring potential by binding microelectrodes to cells is known (for example, Patent Document 1).
神経伝達の状態を計測することで、痛みの伝達可視化や鎮痛作用の薬効評価等に応用することができる。
しかしながら、既存の電位計測法は、電極挿入による侵襲性、プローブ設置部位の計測のみなど応用制限を有する。また、プローブ設置部位の計測を行う既存の電位計測法は、生体の深部の電位は困難であるという問題がある。
本発明は、非侵襲性であり、生体の深部であっても計測ができ、神経伝達の状態を計測できる計測方法および計測装置を提供することを目的とする。
By measuring the state of nerve transmission, it can be applied to visualization of pain transmission and efficacy evaluation of analgesic action.
However, the existing potential measurement methods have application limitations such as invasiveness due to electrode insertion and measurement only at the probe installation site. In addition, the existing potential measuring method for measuring the site where the probe is installed has a problem that it is difficult to measure the potential in the deep part of the living body.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a measuring method and a measuring device which are non-invasive, can measure even deep inside a living body, and can measure the state of nerve transmission.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。 As a result of earnest research to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that the following inventions meet the above objects, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
<1> 電子スピンを用いた磁気共鳴法により計測対象における神経伝達の状態を計測する計測方法であって、電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る第1ステップと、前記第1ステップで得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る第2ステップとを含む、計測方法。
<2> 前記第2ステップは、前記第1ステップで得られた磁気共鳴信号を画像化するステップを含む、前記<1>に記載の計測方法。
<3> 前記磁気共鳴法が、電子スピン共鳴法またはオーバーハウザーMRIである、前記<1>または<2>に記載の計測方法。
<4> 前記電位応答性分子が、下記一般式(1)で表される分子である、前記<1>から<3>のいずれかに記載の計測方法。
<5> 電子スピンを用いた磁気共鳴法により計測対象における神経伝達の状態を計測する計測装置であって、電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る信号取得手段と、前記信号取得手段で得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る神経伝達状態取得手段とを含む、計測装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
<1> A measurement method for measuring the state of nerve transmission in a measurement target by a magnetic resonance method using electron spins, wherein the magnetic resonance method is applied to the measurement target containing a contrast agent containing a voltage-responsive molecule A measurement method, comprising: a first step of obtaining a resonance signal; and a second step of obtaining a neurotransmission state in the measurement object from the magnetic resonance signal obtained in the first step.
<2> The measurement method according to <1>, wherein the second step includes imaging the magnetic resonance signals obtained in the first step.
<3> The measurement method according to <1> or <2>, wherein the magnetic resonance method is electron spin resonance method or Overhauser MRI.
<4> The measuring method according to any one of <1> to <3>, wherein the voltage-responsive molecule is a molecule represented by the following general formula (1).
<5> A measuring device for measuring the state of neurotransmission in a measurement target by a magnetic resonance method using electron spins, wherein the magnetic resonance method is applied to the measurement target containing a contrast agent containing a voltage-responsive molecule A measuring apparatus comprising: a signal acquisition means for obtaining a resonance signal; and a nerve transmission state acquisition means for obtaining a state of nerve transmission in the measurement target from the magnetic resonance signal obtained by the signal acquisition means.
本発明によれば、非侵襲性であり、生体の深部であっても計測ができ、神経伝達の状態を計測できる計測方法および計測装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring method and measuring device which are non-invasive and can measure even the deep part of living bodies, and can measure the state of nerve transmission are provided.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. is not limited to the contents of
本発明の計測方法は、電子スピンを用いた磁気共鳴法により計測対象における神経伝達の状態を計測する計測方法であって、電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る第1ステップと、前記第1ステップで得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る第2ステップとを含む計測方法である。 The measurement method of the present invention is a measurement method for measuring the state of neurotransmission in an object to be measured by magnetic resonance using electron spin, wherein the object to be measured contains a contrast agent containing a voltage-responsive molecule. The measurement method includes a first step of obtaining a magnetic resonance signal by application, and a second step of obtaining a neurotransmission state in the measurement target from the magnetic resonance signal obtained in the first step.
本発明の計測方法の特徴は以下である。
(1)磁気共鳴手法によること。
(2)電位変化を検出する造影剤を用いること。
(3)電位変化を、スペクトル変化を利用して検出すること。
(4)電位変化の対象内伝搬を計測、または可視化する手法であること。
The features of the measuring method of the present invention are as follows.
(1) By magnetic resonance technique.
(2) using a contrast agent that detects potential changes;
(3) Detect potential changes by using spectral changes.
(4) It should be a technique for measuring or visualizing the intra-target propagation of potential change.
電位応答性分子を含む造影剤を用いることで、神経伝達における信号伝達のために生じる膜電位の変化に追従し、電位応答性分子の状態が変化する。このような電位応答性分子を含む造影剤を含む計測対象に対して磁気共鳴法を適用することで、膜電位の変化に応じた電位応答性分子の状態によって、異なる磁気共鳴信号が検出され、この磁気共鳴信号を神経伝達の状態として捉えることができる。 By using a contrast agent containing voltage-responsive molecules, changes in membrane potential caused by signal transmission in nerve transmission are followed, and the state of the voltage-responsive molecules changes. By applying the magnetic resonance method to a measurement target containing a contrast agent containing such voltage-responsive molecules, different magnetic resonance signals are detected depending on the state of the voltage-responsive molecules in response to changes in membrane potential. This magnetic resonance signal can be understood as a state of nerve transmission.
本発明の計測方法は、磁気共鳴法と電位応答性分子を含む造影剤を用いるもので、原理的に生体全身、生体深部の神経伝達マッピングを実現しうる手法である。したがって、その応用範囲は、痛みの伝達可視化や鎮痛作用の薬効評価のみならず、触覚や随時運動全般に関わる。期待される波及効果は非常に大きい。 The measurement method of the present invention uses a magnetic resonance method and a contrast agent containing voltage-responsive molecules, and is a technique that can theoretically realize neurotransmission mapping of the entire body and deep parts of the body. Therefore, its application range is not limited to visualization of pain transmission and efficacy evaluation of analgesic action, but also relates to tactile sensation and random movement in general. The expected ripple effect is very large.
本発明の計測方法は、第2ステップが、前記第1ステップで得られた磁気共鳴信号を画像化するステップを含むことが好ましい。神経伝達の状態を画像化することで、計測対象の空間的な神経伝達の状態が把握しやすいものとできる。 Preferably, in the measuring method of the present invention, the second step includes imaging the magnetic resonance signals obtained in the first step. By imaging the state of nerve transmission, it is possible to easily grasp the state of spatial nerve transmission of the measurement target.
本発明の計測方法は、生体における末端刺激の神経伝達についてリアルタイム可視化を実現する方法とすることができる。本発明は、電子スピンを用いた磁気共鳴法により、生物個体における末端刺激の神経伝達についてリアルタイム可視化を実現する全く新しい計測法を創成する。予想される対象は痛みの伝達可視化、鎮痛作用の薬効評価である。また、発明の計測方法および計測装置は、生体深部の神経伝達活動全般を、原理的に生体まるごと計測可能であり、幅広い波及効果が期待できる。 The measurement method of the present invention can be used as a method for realizing real-time visualization of neurotransmission of terminal stimulation in a living body. The present invention creates a completely new measurement method that realizes real-time visualization of neurotransmission of terminal stimuli in living organisms by magnetic resonance using electron spins. Expected targets are visualization of pain transmission and efficacy evaluation of analgesic action. In addition, the measuring method and the measuring device of the invention can in principle measure the entire neural transmission activity in the deep part of the living body, and a wide range of ripple effects can be expected.
本発明の計測方法は、磁気共鳴法が、電子スピン共鳴法またはオーバーハウザーMRIであることが好ましい。これらの磁気共鳴法を用いることで、より正確な計測画像を得ることができる。 In the measuring method of the present invention, the magnetic resonance method is preferably electron spin resonance method or Overhauser MRI. By using these magnetic resonance methods, more accurate measurement images can be obtained.
より好ましくは、電子スピン共鳴法(ESRまたはEPR)である。磁場の範囲は20mT以下であることが好ましい。 Electron spin resonance (ESR or EPR) is more preferred. Preferably, the range of the magnetic field is 20 mT or less.
磁気共鳴法は、パルス法が好ましい。パルス法は数百μ秒~1m秒程度の時間内で計測可能であり、動的な活動転移変化を計測しうる。 The magnetic resonance method is preferably a pulse method. The pulse method can be measured within a time of about several hundred microseconds to 1 millisecond, and can measure dynamic activity transition changes.
本発明の計測方法は、電位応答性分子が、下記一般式(1)で表される分子であることが好ましい。一般式(1)で表される分子は、電位変化に追従した変化がミリ秒レベルで生じやすく、本発明の計測方法に用いられる電位応答性分子として好ましい。 In the measuring method of the present invention, the voltage-responsive molecule is preferably a molecule represented by the following general formula (1). The molecule represented by the general formula (1) is preferable as the voltage-responsive molecule used in the measurement method of the present invention because it easily changes in milliseconds following the change in potential.
一般式(1)において、R1は、アルキル基、フェニル基、アミノ基、およびアザシクロアルキル基からなる群から選択されるいずれかを表し、R2、R3は、それぞれ独立に、アルキル基を表し、R4、R5は、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、およびアルキルカルボキシル基からなる群から選択されるいずれかを表す。 In general formula (1), R 1 represents any one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group, an amino group, and an azacycloalkyl group; R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group; and R 4 and R 5 each independently represent one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group and an alkylcarboxyl group.
また、本発明の計測装置は、電子スピンを用いた磁気共鳴法により計測対象における神経伝達の状態を計測する計測装置であって、電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る信号取得手段と、前記信号取得手段で得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る神経伝達状態取得手段とを含む。
また、本発明の計測装置は、生体における末端刺激の神経伝達についてリアルタイム可視化を実現する装置にできる。
本発明の計測装置は、本発明の計測方法を実施するために好適である。
Further, the measuring device of the present invention is a measuring device for measuring the state of neurotransmission in a measurement target by a magnetic resonance method using electron spins, wherein the measurement target contains a contrast agent containing a voltage-responsive molecule. and a neural transmission state obtaining means for obtaining a state of neural transmission in the object to be measured from the magnetic resonance signals obtained by the signal obtaining means.
Moreover, the measuring device of the present invention can be used as a device that realizes real-time visualization of neurotransmission of terminal stimulation in a living body.
The measuring device of the present invention is suitable for carrying out the measuring method of the present invention.
[本発明の計測方法]
図1に、本発明の計測方法の概念図を示す。本発明の計測方法は、生体における電位応答性分子「分子電極」プローブの膜電位応答を用いて、マイクロ秒~ミリ秒程度の時間スケールで計測・イメージング可能な磁気共鳴法(例えば、パルスESR技術やOMRI装置)を適用し、神経活動・伝達プロセスの計測やイメージングを実現する手法である。また、本発明の計測方法を利用して、疾患モデルにおける薬効評価、分子電極誘導体開発等を実施することができる。電位のミリ秒程度でのイメージングは感度の点で実現が極めて困難であり発明者が有する高速化技術を用いて初めて実現できるもので、本発明は他者が容易に想起・実現できるものではない。本発明の計測方法は、計測系高速化により、高速動的電位計測を実現することで神経活動イメージングに展開するものである。
[Measurement method of the present invention]
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the measuring method of the present invention. The measurement method of the present invention uses the membrane potential response of a potential-responsive molecule "molecular electrode" probe in a living body, and uses a magnetic resonance method (for example, pulse ESR technology) that enables measurement and imaging on a time scale of about microseconds to milliseconds. and OMRI equipment) to realize measurement and imaging of neural activity and transmission processes. In addition, the measurement method of the present invention can be used to evaluate drug efficacy in disease models, develop molecular electrode derivatives, and the like. Imaging potential in milliseconds is extremely difficult to realize in terms of sensitivity, and can only be realized using the high-speed technology possessed by the inventor. . The measurement method of the present invention is developed for neural activity imaging by realizing high-speed dynamic potential measurement by speeding up the measurement system.
本発明の計測方法では、電位応答性分子と磁気共鳴法を利用して、計測対象の膜電位の変化に応じた磁気共鳴信号の変化を取得することで、神経伝達の状態を計測する。
膜電位とは、細胞内外に存在する電位差であり、上述のように、神経細胞は、膜電位を変化させてナトリウムチャネルやナトリウムチャネルの開閉を制御することにより、軸索の末端まで信号を伝える。上記のように、神経活動に伴う電位伝搬では、120mV程度の電位変動が5ms程度のタイムフレームで生じる。本現象を生体深部で計測・可視化するためには、1s以下(好ましくはmsオーダー)の反応速度を有する電位応答性分子、計測・可視化技術を要する。
In the measuring method of the present invention, the state of nerve transmission is measured by acquiring changes in magnetic resonance signals according to changes in the membrane potential of the object to be measured, using voltage-responsive molecules and the magnetic resonance method.
Membrane potential is the potential difference that exists inside and outside the cell, and as described above, nerve cells transmit signals to axon terminals by changing the membrane potential and controlling the opening and closing of sodium channels and sodium channels. . As described above, in potential propagation accompanying nerve activity, potential fluctuations of about 120 mV occur in a time frame of about 5 ms. In order to measure and visualize this phenomenon deep inside the body, voltage-responsive molecules with a reaction speed of 1 s or less (preferably on the order of ms) and measurement/visualization techniques are required.
(計測対象)
本発明の計測対象における計測対象は、試料あるいは生体を対象とする(マウス等に限定されない。)。具体的には、ヒト、ウシ、ウマ、ブタ、サル、モルモット、ウサギ、ラット、マウスなどの生体を対象とすることができる。ヒトを除く、ウシ、ウマ、ブタ、サル、モルモット、ウサギ、ラット、マウスなどの生体を対象としてもよい。また、細胞や臓器などの生体以外を計測対象とすることもできる。これらの計測対象に、電子応答性分子を含む造影剤を投与または滴下して含ませた後、本発明の計測方法が行われる。例えば、計測対象が生体である場合、造影剤の投与方法(投与経路)は特に限定されないが、好ましくは、造影剤投与経路が、静脈注射、皮膚塗布、腹腔内投与、皮下投与である。
(measurement target)
The measurement target in the measurement target of the present invention is a sample or a living body (not limited to a mouse or the like). Specifically, living organisms such as humans, cows, horses, pigs, monkeys, guinea pigs, rabbits, rats, and mice can be targeted. Living bodies other than humans, such as cows, horses, pigs, monkeys, guinea pigs, rabbits, rats, and mice, may also be used. In addition, objects other than living organisms, such as cells and organs, can also be measured. The measurement method of the present invention is performed after administering or dripping a contrast agent containing electron-responsive molecules to these measurement objects. For example, when the measurement target is a living body, the administration method (administration route) of the contrast medium is not particularly limited, but the preferred contrast medium administration route is intravenous injection, skin application, intraperitoneal administration, or subcutaneous administration.
(造影剤)
本発明の計測対象に含まれる造影剤は、電子応答性分子を含む。電位応答性分子とは、その構造が電位変化により可逆的に変化できる分子のことである。
本発明で用いられる電子応答性分子は、「分子電極」プローブとして用いられるものであり、不対電子を有し、計測対象の膜電位の変化に追随して分子構造が変化し不対電子の電子状態が変化する分子である。
具体的には、電位応答性分子は、1s以下の電位スイッチング速度を有する分子が好ましい。なお、電位スイッチング速度とは、電位変化により引き起こされる分子の構造変化の速さである。電位スイッチング速度は、磁気共鳴法などの公知の手法で計測できる。
(contrast agent)
The contrast agent included in the measurement target of the present invention includes electron-responsive molecules. A voltage-responsive molecule is a molecule whose structure can be reversibly changed by a change in electric potential.
The electron-responsive molecule used in the present invention is used as a "molecular electrode" probe, has unpaired electrons, and changes in molecular structure following changes in the membrane potential of the measurement target, resulting in the generation of unpaired electrons. It is a molecule whose electronic state changes.
Specifically, the potential responsive molecule is preferably a molecule having a potential switching speed of 1 s or less. Note that the potential switching speed is the speed of molecular structural change caused by a potential change. The potential switching speed can be measured by a known method such as magnetic resonance method.
神経伝達の状態をより正確に計測するためには、電位スイッチング速度はミリ秒(m秒)レベル以下とすることが好ましく、500m秒以下が好ましい。電位スイッチング速度は、300m秒以下や、200m秒以下、100m秒以下、80m秒以下、50m秒以下、30m秒以下、10m秒以下、5m秒以下、1m秒以下などとしてもよい。また、電位スイッチング速度は、マイクロ秒(μ秒)レベルとしてもよく、50μ秒以上、100μ秒以上、500μ秒以上などとすることもできる。 In order to measure the state of nerve transmission more accurately, the potential switching speed is preferably at the level of milliseconds (msec) or less, preferably 500 msec or less. The potential switching speed may be 300 ms or less, 200 ms or less, 100 ms or less, 80 ms or less, 50 ms or less, 30 ms or less, 10 ms or less, 5 ms or less, 1 ms or less, and the like. Also, the potential switching speed may be in the microsecond (μsec) level, and may be 50 μsec or more, 100 μsec or more, 500 μsec or more, and the like.
図2は、電位変化に伴う積分形EPRスペクトル移動と画像強度の変化の模式図である。例えば、陽イオンの結合前の試料A(例えば、下記式(2)の構造Aの分子)は、電位1を持つとする。陽イオンの結合後の試料B(例えば、下記式(2)の構造Bの分子)は電位2を持つとする。電位1を持つ試料のEPRスペクトル(図2中のsample 1のスペクトル1)は、電位変化に伴い、電位2を持つ試料のEPRスペクトル(図2中のsample 2のスペクトル2)に変化する。このとき、スペクトルの最大吸収位置(図2中のCondition 1またはConndition 2)の条件で計測・撮像をしていたならば、図2の表に示す強度変化を示すので、電位の画像化ができる。電位応答性を含む造影剤を用いることで、電位依存的な電子スピン共鳴(ESR)スペクトル位置の変化が得られる。
FIG. 2 is a schematic diagram of integral EPR spectral shift and image intensity change with potential change. For example, it is assumed that a sample A (for example, a molecule of structure A in formula (2) below) has a potential of 1 before binding of cations. Assume that the sample B (for example, the molecule of the structure B in the following formula (2)) has a potential of 2 after binding of the cations. The EPR spectrum of the sample with potential 1 (
本発明の計測方法において、電位応答性分子の構造は特に限定されない。下記一般式(1)で表される分子は、本発明の計測方法に用いられる電位応答性分子として好ましい。下記一般式(1)で表される分子は、電位変化により構造変化し、異なる磁気共鳴挙動を示すことができる。また、電位変化に追従してミリ秒レベル変化しやすく、そのため、膜電位の変化を検出するために好適である。 In the measuring method of the present invention, the structure of the voltage-responsive molecule is not particularly limited. A molecule represented by the following general formula (1) is preferable as the voltage-responsive molecule used in the measurement method of the present invention. A molecule represented by the following general formula (1) undergoes a structural change due to a change in electric potential, and can exhibit different magnetic resonance behavior. In addition, it is easy to change in millisecond level following changes in potential, and is therefore suitable for detecting changes in membrane potential.
一般式(1)において、R1は、アルキル基、フェニル基、アミノ基、およびアザシクロアルキル基からなる群から選択されるいずれかを表し、R2、R3は、それぞれ独立に、アルキル基を表し、R4、R5は、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、およびアルキルカルボキシル基からなる群から選択されるいずれかを表す。 In general formula (1), R 1 represents any one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group, an amino group, and an azacycloalkyl group; R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group; and R 4 and R 5 each independently represent one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group and an alkylcarboxyl group.
アルキル基は、直鎖であっても分岐であっても環状であってもよい。アルキル基は、炭素数1~8や炭素数1~5のアルキル基を挙げることができる。具体的には、メチル基やエチル基等が挙げられる。 Alkyl groups may be straight chain, branched or cyclic. Examples of alkyl groups include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms and 1 to 5 carbon atoms. Specific examples include a methyl group and an ethyl group.
フェニル基は、無置換でも置換基を有するものであってもよい。 The phenyl group may be unsubstituted or substituted.
アミノ基は、「-NR6R7」で表される官能基であり、R6、R7は、それぞれ独立に、炭素数1~8や炭素数1~5のアルキル基が挙げられる。具体的には、アミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基等が挙げられる。 An amino group is a functional group represented by "-NR 6 R 7 ", and R 6 and R 7 each independently include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or 1 to 5 carbon atoms. Specific examples include an amino group, a dimethylamino group, a diethylamino group, a methylethylamino group and the like.
アザシクロアルキル基は、シクロアルキル基の1つの炭素原子が窒素原子で置換された官能基である。アザシクロアルキル基は、4~10員環や5~8員環とすることができる。アザシクロアルキル基は、窒素原子でイミダゾリン骨格の炭素原子に結合していることが好ましい。具体的には、ピロリジル基、ピペリジル基、アゼパニル基、アゾカニル基等が挙げられる。 Azacycloalkyl groups are functional groups in which one carbon atom of a cycloalkyl group has been replaced with a nitrogen atom. Azacycloalkyl groups can be 4- to 10- or 5- to 8-membered rings. The azacycloalkyl group is preferably attached to a carbon atom of the imidazoline skeleton via the nitrogen atom. Specific examples include pyrrolidyl group, piperidyl group, azepanyl group, azocanyl group and the like.
アルキルカルボキシル基は、「-R8-COOH」で表されるアルキル基とカルボキシル基とが結合した官能基である。R8は、炭素数1~8や炭素数1~5のアルキル基が挙げられる。 An alkylcarboxyl group is a functional group in which an alkyl group represented by "--R 8 --COOH" and a carboxyl group are bonded. Examples of R 8 include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms and 1 to 5 carbon atoms.
一般式(1)において、R1は、アルキル基、フェニル基、およびアザシクロアルキル基からなる群から選択されるいずれかであることが好ましく、アザシクロアルキル基がより好ましい。
一般式(1)において、R4、R5は、それぞれ独立に、アルキル基またはフェニル基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
In general formula (1), R 1 is preferably any one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group and an azacycloalkyl group, more preferably an azacycloalkyl group.
In general formula (1), R 4 and R 5 are each independently preferably an alkyl group or a phenyl group, more preferably an alkyl group.
一般式(1)で表される分子は、以下の式(2)に示すように、イミダゾリン環の3位の窒素原子に陽イオン(X+)が化学結合または配位結合することができる分子である。イミダゾリン環の3位の窒素原子への陽イオンの脱着により、酸素ラジカルが結合する1位の窒素原子の電子密度が変化し(式(2)中の点線)、その結果、窒素核に由来する3本の電子スピン共鳴吸収位置が変化する。この現象を利用して電位を計測することができる。 The molecule represented by the general formula (1) is a molecule in which a cation (X + ) can be chemically or coordinately bonded to the nitrogen atom at the 3-position of the imidazoline ring as shown in the following formula (2). is. Desorption of the cation to the nitrogen atom at the 3-position of the imidazoline ring changes the electron density of the nitrogen atom at the 1-position to which the oxygen radical binds (dotted line in formula (2)), resulting in Three electron spin resonance absorption positions change. This phenomenon can be used to measure potential.
一般式(1)で表される分子としては、(4-アミノ-2,2,5,5-テトラエチル-2-イミダゾリン-1-イルオキシル)ラジカル、(4-(ピロリジン-1-イル)-2,2,5,5-テトラエチル-2-イミダゾリン-1-イルオキシル)ラジカル、(4-(アゼパン-1-イル)-2,2,5,5-テトラエチル-2-イミダゾリン-1-イルオキシル)ラジカルや、非特許文献2、3に挙げられる分子を用いることができる。
Molecules represented by the general formula (1) include (4-amino-2,2,5,5-tetraethyl-2-imidazolin-1-yloxyl) radical, (4-(pyrrolidin-1-yl)-2 , 2,5,5-tetraethyl-2-imidazolin-1-yloxyl) radical, (4-(azepan-1-yl)-2,2,5,5-tetraethyl-2-imidazolin-1-yloxyl) radical and ,
図3、図4は、本発明につながる実験結果である。 3 and 4 are experimental results leading to the present invention.
図3は、電位の異なる2つの試料を、それぞれの静的状態で計測した微分型EPRスペクトルを重ねたものであり、電位変化に伴う微分型EPRスペクトルである。計測は以下の条件で行った。 FIG. 3 is a stack of differential EPR spectra obtained by measuring two samples with different potentials in their static states, and is a differential EPR spectrum accompanying potential change. Measurement was performed under the following conditions.
試料の調製:
一般式(1)で表される電位応答性分子として、4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl・radicalを用いた。4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl・radicalをリン酸緩衝液に最終濃度100μMとなるよう溶解し、塩酸溶液及び水酸化ナトリウム溶液でpH6あるいはpH8.0に調製した。これにより、電位の異なる試料として、4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl・radical(上記式(2)の構造Aに対応)と、4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-imidazolidine-1-yloxyl・radical(上記式(2)の構造Bに対応)の試料を得た。
・X-band測定条件:
JEOL X- band ESR JES-RE1X、磁場強度3,330Gauss、掃引幅+/-5mT、掃引時間10秒、磁場変調 100kHz,0.05mT、マイクロ波9.45GHz,1mW
・スペクトルの磁場位置:
磁場掃引モードでスペクトル取得しているため、周波数一定。
Sample preparation:
4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl radical was used as the voltage-responsive molecule represented by general formula (1). 4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl radical was dissolved in phosphate buffer to a final concentration of 100 μM, and diluted with hydrochloric acid solution and sodium hydroxide solution to pH 6 or pH 8.0. 0. As a result, as samples with different potentials, 4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-1-yloxyl radical (corresponding to structure A in the above formula (2)) and 4-amino- A sample of 2,2,5,5-tetramethyl-imidazolidine-1-yloxyl radical (corresponding to structure B in formula (2) above) was obtained.
・X-band measurement conditions:
JEOL X- band ESR JES-RE1X, magnetic field strength 3,330 Gauss, sweep width +/- 5 mT,
・Magnetic field position in the spectrum:
The frequency is constant because the spectrum is acquired in magnetic field sweep mode.
図3に示すように、電位変化に伴い、X-band EPRスペクトルは、スペクトルAからスペクトルBへ変化している。スペクトルAの右側の磁場位置は3,345GHz、スペクトルBの右側の磁場位置は3,345.7GHzである。 As shown in FIG. 3, the X-band EPR spectrum changes from spectrum A to spectrum B as the potential changes. The magnetic field position on the right side of spectrum A is 3,345 GHz and the magnetic field position on the right side of spectrum B is 3,345.7 GHz.
図4は、電位応答性分子の溶液のスペクトルイメージングの実験結果を示す図である。異なる電位を有する、電位応答性分子の溶液のスペクトルイメージングを行うことで、数秒程度の(静的)現象に対して、電位をイメージングした。図4に示す平衡電位におけるOMRI画像において、各溶液の電位差は上部から反時計回りに0、90、250mVである。 FIG. 4 is a diagram showing experimental results of spectral imaging of a solution of voltage-responsive molecules. By performing spectral imaging of a solution of voltage-responsive molecules having different potentials, the potential was imaged for a (static) phenomenon of several seconds. In the OMRI image at the equilibrium potential shown in FIG. 4, the potential difference of each solution is 0, 90, 250 mV counterclockwise from the top.
図5は、電子応答性分子溶液の電位変動による電子スピン共鳴スペクトル強度の時間変化を示したものである。計測は、以下の条件で行った。 FIG. 5 shows temporal changes in electron spin resonance spectrum intensity due to potential fluctuations of the electron-responsive molecule solution. Measurement was performed under the following conditions.
・試料の調製:
一般式(1)で表される電位応答性分子として、4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-2-imidazoline-1-yloxyl・radicalを用いた。4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-2-imidazoline-1-yloxyl・radicalをリン酸緩衝液に最終濃度100μMとなるよう溶解し、塩酸溶液及び水酸化ナトリウム溶液でpH6に調製した。
・X-band測定条件:
JEOL X- band ESR JES-RE1X、磁場強度3,345Gauss 固定、磁場変調100kHz,0.05mT、マイクロ波9.45GHz、1mW
・実験操作:
X-band用溶液セルに接続した電極より、周期約60Hzでピーク/ピーク電圧1Vの正弦波電圧を外部発振源(NF WF1973)より入力し、溶液電位を変調させた。変調に合わせてESR出力データをサンプリングレート約50kHzで得た。
ΔpH1は約50mVに相当する。溶液pH6において、初期位置である最大スペクトル吸収位置から1V印加すると、本分子で電位応答がプラトーに達し変化しなくなるpH9程度を十分超えたところまで変調させデータ変化を計測した。
・Sample preparation:
4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-2-imidazoline-1-yloxyl radical was used as the voltage-responsive molecule represented by general formula (1). 4-amino-2,2,5,5-tetramethyl-2-imidazoline-1-yloxyl radical was dissolved in phosphate buffer to a final concentration of 100 μM, and adjusted to pH 6 with hydrochloric acid solution and sodium hydroxide solution. .
・X-band measurement conditions:
JEOL X- band ESR JES-RE1X, magnetic field strength 3,345 Gauss fixed,
・Experimental operation:
A sinusoidal voltage having a period of about 60 Hz and a peak/peak voltage of 1 V was input from an external oscillation source (NF WF1973) to the electrodes connected to the X-band solution cell to modulate the solution potential. ESR output data were acquired at a sampling rate of about 50 kHz in time with the modulation.
ΔpH1 corresponds to about 50 mV. In a solution of pH 6, when 1 V was applied from the maximum spectral absorption position, which is the initial position, the potential response reached a plateau with this molecule, and the data change was measured by modulating it sufficiently beyond about
図5に示すように、溶液電位を変化させると、対応して信号強度が低下(最大共鳴吸収から非共鳴吸収への移動)または増加(非共鳴吸収から最大共鳴吸収への移動)が観測されることから、電位応答性分子がm秒レベルの電位変動に応答し、溶液の電位情報を与えることを示している。本電位応答性分子が電位の高速変動に応答するか、あるいはそれが可視化できるかなどは報告されていなかった。本発明者は、本電位性分子の応答性が高く、m秒レベルで電位変化に追従しスペクトル変化していることを初めて見出した。 As shown in FIG. 5, when the solution potential is changed, a corresponding decrease (move from maximum resonant absorption to non-resonant absorption) or increase (move from non-resonant absorption to maximum resonant absorption) in signal intensity is observed. This indicates that the voltage-responsive molecule responds to potential fluctuations on the order of milliseconds and gives information on the potential of the solution. It has not been reported whether this voltage-responsive molecule responds to fast fluctuations in electric potential or whether it can be visualized. The present inventors have found for the first time that the electrophoretic molecule has high responsiveness, and that the spectrum changes following the potential change at the millisecond level.
電位応答性分子を用いて、ESRの計測をm秒レベルで行い、さらに、連続的なEPRの計測を行うことにより、m秒レベルの電位変動に応答した造影剤の電位情報を得ることができる。 By measuring the ESR at the m-second level using the voltage-responsive molecule and continuously measuring the EPR, it is possible to obtain the electric potential information of the contrast agent in response to the electric potential fluctuation at the m-second level. .
[本発明の計測装置]
本発明の計測装置は、磁気共鳴計測装置と、制御処理部と、表示部と、を備えている。磁気共鳴計測装置が、信号取得手段であり、制御処理部が、神経伝達情報取得手段である。磁気共鳴計測装置で取得した磁気共鳴信号を、制御処理部で解析することで、神経伝達情報を取得することができる。
[Measuring device of the present invention]
A measurement apparatus according to the present invention includes a magnetic resonance measurement apparatus, a control processing section, and a display section. The magnetic resonance measuring device is signal acquisition means, and the control processing unit is nerve transmission information acquisition means. Nerve transmission information can be obtained by analyzing the magnetic resonance signals obtained by the magnetic resonance measuring device by the control processing unit.
磁気共鳴計測装置は、ESR装置またはオーバーハウザーMRI装置とすることができる。ESR装置は、CW型でもパルス型でもどちらであってもよい。計測時間の短縮ができることからパルス型であることが好ましい。OMRI装置としては、例えば国際公開公報WO2010/110384号に開示されている装置が挙げられる。つまり、「計測対象物の磁気共鳴を励起させるための磁場を発生させる磁場発生手段と、計測対象物または磁場発生手段を移動させることにより計測対象物を磁場発生手段の磁場中を移動させる移動手段と、移動手段による移動中に停止することなく、計測対象物の磁場発生手段に対する移動方向yおよびこの移動方向yに対して直交する方向xのいずれか一方または両方に傾斜磁場を掛けて位相エンコードおよび周波数エンコードのいずれか一方または両方により、計測対象物中の計測画像信号を得る計測手段と、計測画像信号に対し、y方向の移動の影響を補正した補正画像信号を得る補正手段と、を有する装置」を用いることができる。 The magnetic resonance instrument may be an ESR instrument or an Overhauser MRI instrument. ESR devices may be either CW or pulsed. A pulse type is preferable because the measurement time can be shortened. The OMRI apparatus includes, for example, the apparatus disclosed in International Publication WO2010/110384. In other words, "magnetic field generating means for generating a magnetic field for exciting the magnetic resonance of the object to be measured, and moving means for moving the object to be measured or the magnetic field generating means to move the object to be measured in the magnetic field of the magnetic field generating means. Then, a gradient magnetic field is applied to either or both of the moving direction y of the object to be measured with respect to the magnetic field generating means and the direction x perpendicular to the moving direction y without stopping during movement by the moving means to phase-encode the object. and frequency encoding, a measurement means for obtaining a measurement image signal in the measurement object; "equipment having" can be used.
制御処理部は、磁気共鳴計測装置で取得した磁気共鳴信号に基づいたデータに対してフーリエ変換等の処理を行ったり、画像化処理を行うことで、神経伝達の状態を得る。制御処理部には、取得したデータを記憶させることもでき、解析時などに必要なデータを読み出すこともできる。
また、制御処理部は、磁気共鳴計測装置の計測条件等を制御する制御プログラム等が格納されている。制御処理部では、制御プログラムを出力し、磁気共鳴計測装置の計測条件等を制御することができる。
The control processing unit obtains the state of nerve transmission by performing processing such as Fourier transform on data based on magnetic resonance signals acquired by the magnetic resonance measurement device, or by performing imaging processing. Acquired data can be stored in the control processing unit, and data necessary for analysis can be read out.
Also, the control processing unit stores a control program and the like for controlling the measurement conditions and the like of the magnetic resonance measurement apparatus. The control processor can output a control program to control the measurement conditions and the like of the magnetic resonance measurement apparatus.
表示部は、制御処理部で処理することで得られたESRスペクトルやNMRスペクトル、解析画像等を表示させることができる。 The display unit can display an ESR spectrum, an NMR spectrum, an analysis image, and the like obtained by processing in the control processing unit.
[計測方法1]
本発明に係る計測方法1は、パルス型のESR装置100と、制御処理部200と、表示部300とを備えた計測装置1(図6参照)を用いた計測方法の一例である。
[Measurement method 1]
A
パルス型のESR装置100は、永久磁石10a、磁場掃引コイル10b、および磁場勾配コイル10cを有する外部磁場発生装置10と、RFコイル(共振器)20と、パルス発生器30と、RFパルス発生器40と、検出部50とを備える。
A pulse-
磁場掃引コイル10bおよび検出部50は、それぞれ制御処理部に接続されており、制御処理部200の指令によって制御することができる。また、パルス発生器30は、制御処理部200、磁場勾配コイル10c、およびRFパルス発生器40に接続されている。制御処理部200からの指令によってパルス発生器30で生成したパルスシーケンスによって、磁場勾配コイル10cおよびRFパルス発生器40が制御される。表示部300は、制御処理部200に接続されており、制御処理部200で処理された解析データを表示できる。
The magnetic
・第1ステップ
磁場掃引コイル10bを調整して、0超50mT以下の範囲(例えば、20mT)で所定の静磁場に設定する。計測部位やS/N比などを考慮して、計測に用いるパルスシーケンスを設定する。計測時間は、例えば、1s以下(100百μ秒~1m秒、1m秒~10m秒、10~100m秒など)に設定する。
まず、計測対象であるマウスをRFコイル20の内部に配置する。この計測対象のマウスは、電位応答性分子Aを含む造影剤が投与されている。なお、頭や尾などマウスの一部のみを計測部位とすることもできる。
次いで、所定のパルスシーケンスで生成したRFパルス(周波数500~600MHz程度)をRFコイル20内のマウスに照射する。また、所定のパルスシーケンスに応じて磁場勾配コイル10cが駆動し、所定規模の傾斜磁場を所定の回数で生成する。電子スピン共鳴によるESR信号は検出部50で検出される。
所定の間隔で連続的に計測を行い、経時的にESR信号を取得する。計測間隔は、例えば、1s以下(10~100m秒や10~500m秒など)に設定する。
- 1st step The magnetic
First, a mouse to be measured is placed inside the
Next, the mouse in the
Measurements are continuously taken at predetermined intervals to acquire ESR signals over time. The measurement interval is set to, for example, 1 s or less (10 to 100 ms, 10 to 500 ms, etc.).
・第2ステップ
制御処理部200で、第1ステップで検出されたESR信号は、フーリエ変換等の処理を行い、電位応答性分子Aの最大スペクトル共鳴吸収位置を含む磁場範囲のデータを抽出し、解析する。電位応答性分子Aの最大スペクトル共鳴吸収位置の磁場の位置は、例えば、電子応答性分子AのESRスペクトルを事前に計測し、制御処理部200に保存したデータを用いることができる。
膜電位の電位変化により、電位応答性分子Aは構造変化し、電位応答性分子Aの最大スペクトル共鳴吸収位置の吸収強度(信号強度)が減少する。電位応答性分子Aの吸収強度を経時的に解析することで、電位応答性分子Aの吸収強度の低い部分を特定でき、痛みの可視化につなげることができる。電位応答性分子Aの吸収強度の低い部分の移動方向を解析すれば、電位応答性分子Aの吸収強度の低い部分の移動方向を神経走行方向と判断できる。また、電位応答性分子Aの吸収強度の減少が観察される部位は、神経伝達が行われていると判断できる。
また、ESR信号を処理して画像化してもよい。画像の経時的な変化(信号強度の低い部分の変化)より、神経伝達の状態を可視化することもできる。
・Second step In the
Due to the potential change in the membrane potential, the voltage-responsive molecule A changes its structure, and the absorption intensity (signal intensity) at the maximum spectral resonance absorption position of the voltage-responsive molecule A decreases. By analyzing the absorption intensity of the voltage-responsive molecule A over time, it is possible to identify a portion where the absorption intensity of the voltage-responsive molecule A is low, which leads to visualization of pain. By analyzing the movement direction of the portion of the potential-responsive molecule A having low absorption intensity, the movement direction of the portion of the voltage-responsive molecule A having low absorption intensity can be determined as the nerve running direction. In addition, it can be determined that nerve transmission is occurring at a site where a decrease in the absorption intensity of the voltage-responsive molecule A is observed.
Alternatively, the ESR signal may be processed and imaged. It is also possible to visualize the state of nerve transmission from changes in the image over time (changes in portions with low signal intensity).
計測方法1では、第1ステップは、計測対象における計測部位を変えながら行う(RFコイル20の場所を変えながらESR信号のデータを取得する)こともできる。結果として神経伝達に関する有用な情報が得られる。
In
計測方法1において、第1ステップは、神経走行に従って2か所以上の点で同時計測することもできる。このように2か所以上の点で同時計測すれば、そのデータ同調性(一定遅延後に同情報が伝わる)から、結果として神経伝達に関する有用な情報が得られる。
In the
計測方法1では、位置情報も取得できる。一方で、計測部位によっては、より短時間での計測時間が必要な場合もある。計測部位や計測目的に応じて、位置情報の取得よりも計測時間の短縮化を優先させる場合には、磁場勾配コイルをオフにして計測を行うことができる。
In
また、位置情報の取得よりも計測時間の短縮化を優先させる場合には、磁場勾配コイルを有さない構成のパルス型のESR装置を有する計測装置を用いて本発明の計測方法を行ってもよい。例えば、永久磁石および磁場掃引コイルを有する外部磁場発生装置と、RFコイル(共振器)と、パルス発生器と、RFパルス発生器と、検出部とを備えるESR装置と、制御処理部と、表示部とを有する計測装置を用いて計測を行うことができる。計測方法は、磁場勾配コイルによる操作を行わないこと以外は、計測方法1と同じである。
Further, when shortening the measurement time is prioritized over acquisition of position information, the measurement method of the present invention may be performed using a measurement device having a pulse-type ESR device that does not have a magnetic field gradient coil. good. For example, an ESR device comprising an external magnetic field generator having a permanent magnet and a magnetic field sweeping coil, an RF coil (resonator), a pulse generator, an RF pulse generator, a detector, a control processor, and a display Measurement can be performed using a measuring device having a portion. The measurement method is the same as
磁場勾配コイルをオフにしたり、磁場勾配コイルを有さない装置で計測を行う場合であっても、計測対象の計測部位を変えながら計測を行う(例えば、マウスの頭から尾にかけて数点の部位で計測を行う)ことで、電位応答性分子Aの吸収強度の変化が観察される部位と観察されない部位を判断できる。
また、2点以上の点で同時計測すれば、そのデータ同調性(一定遅延後に同情報が伝わる)から、神経伝達が評価できる。
Even when the magnetic field gradient coil is turned off or the measurement is performed with an apparatus without a magnetic field gradient coil, measurement is performed while changing the measurement site of the measurement target (for example, several sites from the head to the tail of the mouse ), it is possible to determine the site where the change in the absorption intensity of the potential-responsive molecule A is observed and the site where it is not observed.
In addition, if two or more points are measured simultaneously, neurotransmission can be evaluated from the data synchrony (the same information is transmitted after a certain delay).
[計測方法2]
本発明に係る計測方法2は、OMRI(オーバーハウザーMRI)装置101と、制御処理部200と、表示部300とを備えた計測装置2(図7参照)を用いた計測方法の一例である。
[Measurement method 2]
A
OMRI装置101は、永久磁石11a、磁場掃引コイル11b、および磁場勾配コイル11cを有する第1の外部磁場発生装置11と、永久磁石12a、磁場掃引コイル12b、および磁場勾配コイル12cを有する第2の外部磁場発生装置12と、RFコイル(共振器)21と、パルス発生器31と、RFパルス発生器41と、検出部51と、移動手段61とを備える。
The
磁場掃引コイル11b、磁場掃引コイル12b、および検出部51は、それぞれ制御処理部200に接続されており、制御処理部200の指令によって制御することができる。
パルス発生器31は、制御処理部200、磁場勾配コイル11c、磁場勾配コイル12cおよびRFパルス発生器41に接続されている。制御処理部200からの指令によってパルス発生器31で生成したパルスシーケンスによって、磁場勾配コイル11c、磁場勾配コイル12c、およびRFパルス発生器41が制御される。
移動手段61は、RFコイル21、または、第1および第2の外部磁場発生装置を移動させることにより、RFコイル21が、第1および第2の外部磁場発生装置の磁場中を順に移動できる手段である。
表示部300は、制御処理部200に接続されており、制御処理部200で処理された解析データを表示できる。
The magnetic
The
The moving means 61 is means for moving the
The
・第1ステップ
第1の外部磁場発生装置11の磁場強度は、0超50mT以下の範囲(例えば、20mT)で所定の静磁場に設定する。第2の外部磁場発生装置12の磁場強度は、0超11T以下の範囲で第1の外部磁場発生装置11の磁場強度よりも大きい値(例えば、1.5T)に設定する。また、計測部位やS/N比などを考慮して、計測に用いるパルスシーケンスを設定する。例えば、核磁気共鳴(NMR)の計測時間が1s以下(100百μ秒~1m秒、1m秒~10m秒、10~100m秒など)となるように設定する。
- 1st step The magnetic field strength of the 1st external
まず、マウスを内部に配置したRFコイル21を第1の外部磁場発生装置11の磁場中に配置する。この計測対象のマウスは、電位応答性分子Aを含む造影剤が投与されている。
次いで、所定のパルスシーケンスで生成したRFパルス(周波数500~600MHz程度)をRFコイル21内のマウスに照射することで電子スピンを励起させる。
電子スピンを励起させた後、移動手段62によって、RFコイル21を第2の外部磁場発生装置12の磁場中に移動させる。このとき、移動は数秒以下(例えば、1~10sなど)とする。
First, the
Next, the mouse in the
After exciting the electron spins, the moving means 62 moves the
RFコイル21を第2の外部磁場発生装置12の磁場中に移動させた後、RFコイル21からRFパルス(周波数700~800MHz)を印加し、核磁気共鳴を生じさせる。また、所定のパルスシーケンスに応じて磁場勾配コイル12cを制御することで、所定規模の傾斜磁場を所定の回数で生成する。核磁気共鳴により発せられるNMR信号は検出部51で検出される。
RFコイル21を、移動手段62により第1の外部磁場発生装置11中に移動させ、同様の操作を繰り返すことで、経時的にNMR信号を取得する。
After moving the
The
・第2ステップ
制御処理部200で、第1ステップで検出されたNMR信号に対してフーリエ変換等の処理を行い、電位応答性分子Aの最大スペクトル共鳴吸収位置を含む磁場範囲のデータを抽出し、解析する。
計測方法1と同様に、電位応答性分子Aの吸収強度の変化を解析することで、神経伝達に関する情報を得ることができる。また、NMR信号を処理して画像化してもよい。画像の経時的な変化より、神経伝達の状態を可視化することも可能である。
・Second step In the
As in the
計測方法2は、計測方法1と同様に、第1ステップにおいて、計測部位を変えながら計測を行ってもよいし、2か所以上の点で同時に計測を行う方法としてもよい。
As with the
なお、本発明の計測方法は、計測方法1および計測方法2に限定されない。
例えば、本発明の計測方法の第1ステップは、図9に示す計測装置を用いて、第1の外部磁場発生装置の磁場中で電子スピンを励起させた後、RFコイルを移動させずに、第1の外部磁場発生装置の磁場中でRFパルス(周波数700~800MHz)を印加し、核磁気共鳴を生じさせるステップとしてもよい。
In addition, the measuring method of the present invention is not limited to the
For example, in the first step of the measurement method of the present invention, the measurement apparatus shown in FIG. 9 is used to excite electron spins in the magnetic field of the first external magnetic field generator, and then A step of applying an RF pulse (frequency of 700 to 800 MHz) in the magnetic field of the first external magnetic field generator to generate nuclear magnetic resonance may be employed.
また、パルス型のESR装置の代わりにCW型のESR装置を有する計測装置を用いて、電位応答性分子を含む造影剤を含む計測対象の計測を行ってもよい。CW型のESR装置を有する計測装置を用いて計測を行う場合、第1ステップは、一定のマイクロ波を照射しながら、所定の範囲にわたり磁場を掃引することで計測を行うステップとできる。 Alternatively, a measuring device having a CW ESR device instead of a pulse ESR device may be used to measure a measurement target containing a contrast medium containing voltage-responsive molecules. When performing measurement using a measurement apparatus having a CW ESR device, the first step can be a step of performing measurement by sweeping the magnetic field over a predetermined range while irradiating constant microwaves.
また、本発明の計測方法の第1ステップは、CW型のESR装置を有する計測装置を用いて、計測対象が含む電位応答性分子の最大スペクトル共鳴吸収位置の磁場の位置を含む2~5点に磁場を固定し、マイクロ波の照射とESR信号の取得を、所定の計測間隔(例えば、1秒以下または10~100m秒)で行うステップとしてもよい。 In addition, the first step of the measurement method of the present invention is to use a measurement device having a CW ESR device to measure 2 to 5 points including the magnetic field position of the maximum spectral resonance absorption position of the voltage-responsive molecule included in the measurement target. A magnetic field may be fixed at , and microwave irradiation and ESR signal acquisition may be performed at predetermined measurement intervals (for example, 1 second or less or 10 to 100 ms).
また、本発明の計測装置は、計測装置1および計測装置2に限定されない。計測対象や本発明の計測方法等に応じて、本発明の計測装置は適宜選択できる。例えば、磁場勾配コイルを有さない装置を用いてもよい。また、磁場発生源が電磁石である装置を用いてもよい。例えば、ESR装置100の永久磁石10aに代えて電磁石が用いたり、OMRI装置101の永久磁石11a、12aに代えて電磁石が用いたりすることも可能である。
Moreover, the measuring device of the present invention is not limited to the
本発明の計測方法および計測装置は、生体深部の神経伝達活動全般を、原理的に生体まるごと計測可能であり、幅広い波及効果が期待できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The measuring method and the measuring device of the present invention can in principle measure all neural transmission activities in the deep part of the living body, and can be expected to have a wide range of ripple effects.
1,2 本発明に係る計測装置
10 外部磁場発生装置
11 第1の外部磁場発生装置
12 第2の外部磁場発生装置
10a,11a,12a 永久磁石
10b,11b,12b 磁場掃引コイル
10c,11c,12c 磁場勾配コイル
20,21 RFコイル
30,31 パルス発生器
40,41 RFパルス発生器
50,51 検出部
61 移動手段
100 ESR装置
101 OMRI装置
200 制御処理部
300 表示部
1, 2 measuring device according to the
Claims (5)
電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る第1ステップと、
前記第1ステップで得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る第2ステップとを含む、計測方法。 A measurement method for measuring the state of neurotransmission in a measurement target by a magnetic resonance method using electron spin,
a first step of obtaining a magnetic resonance signal by applying a magnetic resonance method to the measurement object containing a contrast agent containing voltage-responsive molecules;
and a second step of obtaining a neurotransmission state in the measurement object from the magnetic resonance signals obtained in the first step.
R2、R3は、それぞれ独立に、アルキル基を表し、
R4、R5は、それぞれ独立に、アルキル基、フェニル基、およびアルキルカルボキシル基からなる群から選択されるいずれかを表す。 The measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage-responsive molecule is a molecule represented by the following general formula (1).
R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group,
R 4 and R 5 each independently represent one selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group and an alkylcarboxyl group.
電位応答性分子を含む造影剤を含む前記計測対象に磁気共鳴法を適用して磁気共鳴信号を得る信号取得手段と、
前記信号取得手段で得られた磁気共鳴信号から前記計測対象における神経伝達の状態を得る神経伝達状態取得手段とを含む、計測装置。 A measuring device for measuring the state of neurotransmission in a measurement target by a magnetic resonance method using electron spin,
a signal acquisition means for obtaining a magnetic resonance signal by applying a magnetic resonance method to the object to be measured containing a contrast agent containing a voltage-responsive molecule;
a nerve transmission state obtaining means for obtaining a state of nerve transmission in the measurement object from the magnetic resonance signal obtained by the signal obtaining means.
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Title |
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