JPH1183969A - リン３１核磁気共鳴信号検出方法およびリン３１核磁気共鳴信号イメージング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベータ酸素１７標識アデノシン３リン酸のベ
ータリン酸基のみのリン３１−ＮＭＲ信号を観測するリ
ン３１核磁気共鳴信号の検出方法を提供すること。 【解決手段】 ベータリン酸基に天然存在比よりも高い
割合の酸素１７を含有するヌクレオシド３リン酸を測定
対象とし、観測の際にベータリン酸基のリン３１核を周
波数選択励起し、酸素１７との分極移動を経由するリン
３１核磁気共鳴信号を観測し、ベータ酸素１７ヌクレオ
シド３リン酸のベータリン酸基に由来するリン３１核磁
気共鳴信号を観測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リン３１核磁気共
鳴信号検出方法およびリン３１核磁気共鳴信号イメージ
ング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リン３１、酸素１７はそれぞれ天然存在
比 100％、0.037％ の、ＮＭＲを観測可能な安定核種
で、磁束密度11.74テスラの外部磁場におけるそれぞれ
のＮＭＲ共鳴周波数は、202.4MHz、67.78MHz であるこ
とが、例えば文献、日本化学会編「第４版実験化学講座
５ ＮＭＲ」、第3.1章、表3.1、348ページ、丸善株式
会社(1991)により知られている。

【０００３】パルスＮＭＲ法は、例えば文献 T.C.Farra
r, E.D.Becker, "Pulse and Fourier Transform NMR",
Academic Press (1971)（邦訳、赤坂、井元「パルスお
よびフーリエ変換ＮＭＲ」吉岡書店(1976)）により知ら
れる核磁気共鳴信号の観測法である。

【０００４】酸素１７標識リン酸化合物は、例えば特願
平6-23909により知られ、リン酸基の４個の酸素原子の
少なくとも１個を酸素１７で標識することによって、酸
素17とリン31とが化学的に結合をもつ化合物である。こ
の化合物を対象として、特願平7-71137により知られる
「リン31核磁気共鳴信号の選択観測法およびこれを利用
する方法」を用いると、酸素１７との分極移動を経由す
るリン３１のＮＭＲ信号が観測可能であり、天然存在比
の酸素１７を有するリン酸化合物と、天然存在比よりも
高い含有率の酸素１７を有する酸素１７標識リン酸化合
物とが、混合状態で存在する混合リン酸化合物試料を対
象として、酸素１７標識リン酸化合物に由来するリン３
１ＮＭＲ信号を選択的に観測することが可能である。観
測信号の選択は、酸素１７を時期的に励起する高周波パ
ルス位相と、受信機の受信位相とを、一定の組み合わせ
で繰り返し実施する位相サイクリングによって行われ
る。

【０００５】分極移動（Polarization Transfer）は、
例えば文献 R.R.Ernst, G.Bodenhausen, A.Wokaun, "Pr
inciples of Nuclear Magnetic Resonance in One and
Two Dimensions", Oxford Scientific Publications (1
987) （アール アール エルンスト、ジ− ボ−デン
ハウゼン、エ− ボ−ガン、プリンシプルズ オブ ニ
ュ−クレア マグネチック レゾナンス イン ワン
アンド ツー ディメンジョンズ、オックスフォ−ド
サイエンス パブリケーション(1987)）により知られ
る、異核種スピンスピン結合の存在する結合スピン系を
観測対象とするＮＭＲにおいて、非観測核を過渡的に磁
気的に励起することにより、観測核のエネルギー準位の
占有率が変化する現象である。分極移動を利用したパル
ス系列の例は、エー ピー ティー（ＡＰＴ）、エス
イー エム ユー ティー（ＳＥＭＵＴ）、アイ エヌ
イー ピー ティー（ＩＮＥＰＴ）、ディー イー
ピーティー（ＤＥＰＴ）などが挙げられることが、例え
ば前記文献により知られている。

【０００６】エイチ エム キュー シー（ＨＭＱＣ、
Heteronuclear Multiple Quantum Coherence、異核種多
量子コヒーレンス）は、文献 A. Bax, R. H. Griffy,
B. L.Hawkins, J. Magn. Reson., 55, 301-315 (1983)
（エイ バックス、アールエイチ グリフィー、ビー
エル ホーキンス，ジャーナル オブ マグネティック
レゾナンス，55巻，301-315頁、1983年）に記載の、
異核種間の分極移動を観測しうるパルス系列である。

【０００７】周波数選択励起は、例えば文献 H. Kessle
r, H. Oschkinat, C. Griesinger,W. Bermel, Journal
of Magnetic Resonance, 70, 106 (1986)（エイチ ケ
スラー、エイチ オシュキナート、シー グリジンガ
ー、ダブリュ バーメル、ジャーナル オブ マグネテ
ィック レゾナンス、70巻、106頁、1986年）により知
られる、励起周波数帯域を人為的に限定する手法であ
る。一例として、ＮＭＲ観測法の励起パルスを、一般的
な矩形パルスではなく、文献 C. Bauer, R. Freeman,
T. Frenkel, J. Keeler, and A. J. Shaka, Journal of
Magnetic Resonance, volume 58, page 442-457 (198
4) （シー バウアー、アール フリーマン、ティ フ
レンケル、ジェー キーラー、エイ ジェイ シャカ、
ジャーナル オブ マグネティック レゾナンス、58
巻、442〜457頁、1984年）などに示されるガウス関数で
振幅変調する方法が挙げられる。励起周波数帯域は中心
周波数を中心とした振幅変調関数のフーリエ変換として
得られる。関数形を適切に設計することで、矩形パルス
と比較して側帯域の励起強度を抑圧しうる。その例はガ
ウス関数型選択励起パルスであり、ガウス関数型選択励
起パルスの周波数帯域幅は、例えば前記 C.Bauer（シー
バウアー）らの文献に、パルス幅１０ミリ秒、フリッ
プ角９０°のガウス関数型パルスでは、中心周波数から
３００Hz以上離れた側帯域の強度は無視できると示され
ている。パルス幅と励起帯域は反比例関係にあるので、
この文献の数値から、パルス幅を１ミリ秒に設定すると
中心周波数から約３０００Hz離れた周波数における励起
強度が無視できることは容易に理解しうる。また、パル
ス幅を１〜１０ミリ秒の間で調節することで、側帯域の
広がりを３０００〜３００Ｈｚの間で人為的に調節する
ことも可能である。

【０００８】核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は、例
えば文献、P. C. Lauterbur, Nature, 242, 190 (1973)
（ピー シー ローターバー、ネイチャー、242巻、190
頁 (1973)）により知られ、また例えば文献、C. M. Lai
and P. C. Lauterbur, J. Phys. E: Sci. Instrum., 1
3, 747 (1980)（シー エム レイ、 ピー シーロー
ターバー、 ジャーナル オブ フィジクス Ｅ サイ
エンティフィク インスツルメンツ、13巻、747頁 (198
0)）により知られ、試料核スピンの磁気共鳴の歳差運動
周波数が傾斜磁場中で分布することを利用して、パルス
励起後の自由誘導減衰の周波数差から観測スピンの空間
座標を求める計測法である。

【０００９】磁気共鳴分光イメージング（ＭＲＳ、また
はＭＲＳＩ）は、例えば文献、T. R. Brown, B. M. Kin
caid, K. Ugurbil, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79,
3523-3526 (1982)（ティー アール ブラウン、 ビー
エム キンケイド、 ケイウグルビル， プロシーデ
ィングス オブ ナショナル アカデミー オブサイエ
ンス ユー エス エイ，79巻，3523-3526頁 (1982)）
により知られる、傾斜磁場中でのＮＭＲ現象を利用し
て、特定空間内のＮＭＲスペクトルを得る分光学的手段
である。ＮＭＲスペクトルの化学シフト値が、空間分解
能を伴って得られることから、化学シフトイメージング
（ＣＳＩ）とも呼ばれる。りん31のＭＲＳは、例えば文
献、R. McNamara, F. A-. Mendoza, and T. R. Brown,
NMRBiomed., 7, 237-242 (1994)（アール マクナマ
ラ、 エフ アリスメンドザ、ティー アール ブラウ
ン， ＮＭＲ イン バイオメディシン，7巻，237-242
頁 (1994)）により知られ、2.5cm角の立方体空間を分解
能の単位として、生きた人間の脳の内部におけるリン脂
質の局在を定量分析できることが知られている。

【００１０】ヌクレオシド３リン酸、２リン酸のリン酸
基は、糖リン酸エステル結合に近い側からアルファ、ベ
ータ、ガンマと呼称して区別されることが、例えば文
献、市川監訳「アームストロングの生化学」廣川書店(1
990)により知られている。

【００１１】アデノシン３リン酸、アデノシン１リン
酸、アデニレートキナーゼ酵素をｐＨ７．５、２５℃で
混合し、十分に時間の経過した緩衝溶液中では、アデノ
シン３リン酸、アデノシン２リン酸、アデノシン１リン
酸との間に、次に示す数１の化学平衡が成り立ち、数２
の平衡定数が０．７であることが、たとえば文献、J. R
einstein, I. R. Vetter, I. Schlichting, P. Roesch,
A. Wittinghofer, R. S. Goody, Biochemistry, 29, 7
440-7450 (1990)（ジェー レインスタイン、アイ ア
ール ベッター、 アイ スリヒティング、ピー レッ
シュ、エイ ビッティンホファー、バイオケミストリ、
29巻、7440-7450頁 (1990)）により知られている。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】ここに、［ＡＴＰ］、［ＡＭＰ］、［ＡＤ
Ｐ］はそれぞれ、アデノシン３リン酸、アデノシン１リ
ン酸、アデノシン２リン酸の濃度である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の、酸素１７との
分極移動を経由するリン３１核磁気共鳴信号の観測法で
は、観測空間内に存在するすべての酸素１７標識リン酸
化合物を観測対象としていた。すなわち、生体などにお
いて、投与したリン酸化合物が経時的に代謝生成物に変
化する場合、投与した試薬と生成物の両方とも観測され
るので、それぞれの共鳴信号を識別するために、受信信
号を周波数スペクトルとして分光する必要があった。

【００１６】これは、従来の酸素１７を用いない非選択
的リン３１−ＮＭＲ観測、リン３１−ＭＲＳＩ観測と比
較して、標識の有無によりリン酸化合物を識別できる利
点はあるものの、必ず周波数スペクトルを得なければな
らない。このため、傾斜磁場を付加してリン３１−ＭＲ
Ｉを観測する場合に、空間座標と周波数スペクトルとを
区別して取り扱う観測法および計算処理が必須であっ
た。

【００１７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、受信信号を単一化学種の酸素１７標識リン酸基に
由来するリン３１−ＮＭＲ信号に限定し、他のリン酸化
合物に由来する共鳴信号を消去することで、リン３１−
ＮＭＲ周波数スペクトル観測の必要性をなくし、受信信
号の強度によって、混合リン酸試料中における観測化学
種の有無やその量を知ることを課題としている。

【００１８】本発明はまた、傾斜磁場を併用するリン３
１−ＭＲＩにおいて、リン３１の周波数スペクトルの取
り扱いを省略し、特定の観測空間内における単一化学種
の酸素１７標識リン酸基の有無やその量を知ることを課
題としている。

【００１９】本発明はまた、リン３１−ＮＭＲ信号を観
測することで、観測試料中のヌクレオシドリン酸を無侵
襲、非破壊に計測することを課題としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ヌクレオシド３リン酸のベータリン酸基
を周波数選択励起し、かつ、ベータリン酸基を酸素１７
標識したヌクレオシドリン酸化合物を測定対象として、
酸素１７との分極移動を経由するリン３１のＮＭＲ信号
のみを選択観測する手段を有する。

【００２１】また本発明は、ベータリン酸基を酸素１７
標識したヌクレオシドリン酸化合物の空間分布を観測す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、リン３１核磁気共鳴信号
の観測装置を現す構成図である。

【００２３】磁石１、２はＮＭＲ現象に必要な所定の静
磁場を発生し、観測試料は検出器９内部の試料容器３に
静置される。試料容器３の形状は観測する試料に応じて
決めることができる。ＮＭＲ分光計６には、傾斜磁場電
源１０、送信機１１、送信機１２、受信機１３が設置さ
れ、送信機１１は酸素１７の共鳴周波数のラジオ波を、
送信機１２はリン３１の共鳴周波数のラジオ波をそれぞ
れ出力する。高周波フィルタ１４は酸素１７の共鳴周波
数を通過し、高周波フィルタ１５はリン３１の共鳴周波
数を通過する。酸素１７の共鳴周波数のラジオ波は、検
出器９内部の照射コイル４を通じて試料容器３に照射さ
れる。

【００２４】試料中のリン３１核を共鳴させる場合は、
切り替え機１６は送信機１２と照射および検出コイル５
とを接続し、受信機１３を遮断する。リン３１の共鳴周
波数のラジオ波は、検出器９内部の照射および検出コイ
ル５を通じて試料容器３に照射される。リン３１核の共
鳴信号を受信する場合は、切り替え機１６は、照射およ
び検出コイル５と受信機１３とを接続し、送信機１２を
遮断する。リン３１の共鳴信号は、照射および検出コイ
ル５で受信され、受信機１３に到達する。

【００２５】酸素１７リン酸化合物の空間分布を観測す
る場合は、観測パルス系列と同期した磁場勾配パルスが
傾斜磁場電源１０から発生され、傾斜磁場コイル７、８
に電流が流れる。傾斜磁場コイル７、８には、一般的な
ＮＭＲイメージング装置、ＭＲＩ装置に用いられる形式
のコイルを使用できる。

【００２６】本発明の特徴は、リン３１核用の送信機１
２が、ヌクレオシド３リン酸のベータリン酸基の共鳴周
波数のラジオ波を出力すること、および試料中の酸素１
７標識リン酸基のみを選択観測することによって、試料
中にベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸以外のリ
ン酸化合物があっても、それらのリン３１−ＮＭＲ信号
は観測せず、ベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸
のベータリン酸基のリン３１−ＮＭＲ信号のみを観測し
うるところにある。この特徴は、受信機１３と送信機１
２に周波数設定装置１９が接続されることによってもた
らされる。周波数設定装置１９は、受信機１３の出力か
らベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸のベータリ
ン酸基の共鳴周波数を求め、送信機１２の出力周波数を
設定する。

【００２７】図１では、磁石１、２の発生する静磁場と
平行な方向に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル７、８
を示したが、既知ＭＲＩ装置のように、静磁場と直行す
る傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを追加してもよ
い。本発明の特徴は、観測空間内のベータ酸素１７標識
ヌクレオシドリン酸のベータリン酸基を観測対象とし
て、酸素１７とリン３１との分極移動を経由するリン３
１−ＮＭＲ信号を観測することにあり、この信号が観測
されうるならば、傾斜磁場コイルの配置は何でもよい。

【００２８】図１では照射コイル４、照射および検出コ
イル５を別個に示したが、単一コイル２重共鳴型の共振
素子を構成して、酸素およびリンの照射検出コイルを１
個にまとめてもよい。コイルの形状は何でもよく、試料
の観測部位に接触または静置させる表面コイルであって
もよい。

【００２９】図２は、送信機１２の周波数決定までの手
順を示す流れ図である。本発明の特徴は、ベータ位を酸
素１７標識したヌクレオシド３リン酸のベータリン酸基
を選択励起し、酸素１７とリン３１の分極移動を観測す
ることにある。すなわち、まずヌクレオシド３リン酸の
ベータリン酸基のリン３１−ＮＭＲ共鳴周波数を計測
し、選択励起の周波数を決定する必要がある。

【００３０】ただし、同一試料の繰り返し測定や、ある
試料について選択観測を実施した後に磁化率が同一と見
なせる別の試料を観測するなど、あらかじめベータリン
酸基の共鳴周波数が分かっている場合は、選択励起の周
波数は既知の値を使用すればよい。

【００３１】図３は、本発明にかかる観測パルス系列を
示すタイミング図である。この観測パルス系列は、ヌク
レオシド３リン酸のベータリン酸基を周波数選択励起す
るとともに、酸素１７チャネル第２パルス２６の高周波
位相と受信機位相との位相サイクリングによって、酸素
１７との分極移動を経由するリン３１のＮＭＲ信号のみ
を選択観測し、かつ他のリン酸化合物に由来するリン３
１−ＮＭＲ信号を消去する。

【００３２】周波数選択励起は、図３のリン３１励起パ
ルス２０として実施される。ヌクレオシド３リン酸ベー
タリン酸の共鳴線と、同アルファリン酸基の共鳴線の周
波数差は、静磁場強度11.7Ｔ（テスラ）の超伝導磁石を
用いた場合に約2000Ｈｚであり、励起周波数幅2000Ｈｚ
以内の選択励起パルス、例えばパルス幅1.5ミリ秒のガ
ウス関数型パルスを用いることで達成される。

【００３３】本発明におけるリン３１の周波数選択励起
は、リン３１励起パルス２０によってもたらされるので
あり、他の高周波パルス２１、２５、２６の励起周波数
帯域は問題にならない。高周波パルス２１、２５、２６
は矩形パルスでもよく、ガウス関数型などの周波数選択
励起パルスでも何でもよい。

【００３４】図３にはＨＭＱＣパルス系列を示したが、
観測パルス系列は、酸素１７とリン３１との分極移動を
経由するリン３１核磁気共鳴信号を観測しうるパルス系
列であれば何でもよく、たとえばＩＮＥＰＴパルス系列
でもよい。

【００３５】図４は、本発明にかかる選択的リン３１イ
メージングに関する観測パルス系列を示すタイミング図
である。図４では静磁場方向の観測空間を限定するスラ
イス選択のみを表示している。リン３１チャネル第１パ
ルス２０は図３と同一であり、図３の観測パルス系列と
の違いは、リン３１チャネル第１パルス２０と同期した
傾斜磁場パルス３０を用いることにある。

【００３６】傾斜磁場パルス３０を用いることで、傾斜
磁場中で共鳴条件が成立するリン３１の空間分布は

【００３７】

【数３】

【００３８】で表される。ここに、γは観測核の磁気回
転比、Ｂ'は傾斜磁場強度、ｌは傾斜磁場方向の座標軸
上における磁石中心から観測部位の距離、Δν↓A↓D↓
Cは観測信号の標本化周波数、Δν↓R↓Fは高周波パル
スの励起帯域、minはいずれか一方の小さい方を選択す
る関数である。周波数選択励起を実施してΔν↓R↓Fの
方が標本化周期よりも小さくなるように実験条件を設定
すると、数３は次式のように表せる。

【００３９】

【数４】

【００４０】数４は、傾斜磁場を加える座標軸方向にお
いて、選択励起の周波数帯域を狭くするほど、または傾
斜磁場強度を大きくするほど、より狭い空間に分布する
核スピンを観測しうることを示している。

【００４１】本発明は、図４の観測パルス系列に示した
傾斜磁場パルス３０を用いることにより、傾斜磁場印可
方向の特定の空間に存在する酸素１７標識アデノシン３
リン酸のベータ位リン酸基を選択観測しうる。

【００４２】図３の説明において示したように、ヌクレ
オシド３リン酸ベータリン酸基の共鳴線と、同アルファ
リン酸基の共鳴線の周波数差は、静磁場強度11.7Ｔ（テ
スラ）の超伝導磁石を用いた場合に約2000Ｈｚであるか
ら、高周波パルス２０の励起帯域を2000Ｈｚ、傾斜磁場
パルス３０の傾斜磁場強度を０．１Ｔ／ｍ（テスラ毎メ
ートル）に設定すれば、傾斜磁場印可方向に観測可能な
試料の厚みは、数４から約１．２ｍｍであることが計算
でき、この範囲に存在するベータ酸素１７標識ヌクレオ
シド３リン酸のベータリン酸基が、本発明の観測対象と
なりうる。

【００４３】図５は、本発明にかかる選択的リン３１イ
メージングの観測パルス系列を示すタイミング図であ
り、図４に加えて静磁場方向と直行する平面内に傾斜磁
場を発生する傾斜磁場パルス３１、３２を追加してあ
る。傾斜磁場パルス３１、３２の作用は通常のＭＲＩに
おいて用いられる傾斜磁場発生と同一であり、本発明の
選択的リン３１観測法は、一般に利用されているＭＲＩ
装置の傾斜磁場と組み合わせることが可能である。

【００４４】図６は、本発明にかかるベータ酸素１７標
識ヌクレオシド３リン酸の例として、ベータ酸素１７標
識アデノシン３リン酸の化学構造を現す平面構造式であ
る。酸素１７の標識は、図６のベータ位リン原子４０と
結合する酸素原子４個のうち少なくとも１個が酸素１７
であればよい。４個の酸素原子のうち２個は他のリン酸
基のリン原子との架橋部分に位置するため、架橋部分に
酸素１７原子が標識されたアデノシン３リン酸において
は、アルファ位のリン酸基またはガンマ位のリン酸基に
おいても、酸素１７とリン３１との分極移動が観測され
うる。しかし、本発明においては、図３に示した周波数
選択励起を用いることにより、酸素１７原子がポリリン
酸の架橋部分に標識されていても、ベータ位のリン原子
との分極移動のみが観測される。したがって、ベータ酸
素１７標識が架橋部分に位置するか否かを問題にするこ
となく、ベータ位のリン原子に由来する共鳴信号を観測
しうる。

【００４５】図６には塩基部分がアデノシンであるアデ
ノシン３リン酸を示したが、本発明の選択観測法はベー
タリン酸基が測定対象として酸素１７とリン３１との分
極移動を経由するリン３１のＮＭＲ信号を観測するの
で、ヌクレオシド３リン酸の塩基部分の構造は何でもよ
く、例えば塩基部分がグアノシンのグアノシン３リン酸
などでもよい。

【００４６】図７は、図６のベータ酸素１７標識アデノ
シン３リン酸の末端リン酸基が加水分解されて生じるベ
ータ酸素１７標識アデノシン２リン酸の化学構造を現す
平面構造式である。ベータ位の酸素１７標識リン酸基
は、アデノシン３リン酸では隣接する２つのリン酸基と
結合していたが、アデノシン２リン酸では隣接リン酸基
が１個のみとなる。この化学構造の差はベータリン酸基
のリン３１化学シフトに反映され、アデノシン３リン酸
では約−２０ｐｐｍであるが、アデノシン２リン酸では
約−８ｐｐｍとなる。この化学シフト差を周波数単位に
変換すると、静磁場強度１Ｔ（テスラ）あたり約２００
Ｈｚ、すなわち測定磁場１１．７Ｔの場合は約２４００
Ｈｚであり、図３の説明において示した周波数選択励起
パルスを用いて、アデノシン３リン酸のベータリン酸基
を選択励起し、アデノシン２リン酸のベータリン酸基と
識別することが可能になる。

【００４７】生体エネルギー代謝系のモデル実験系とし
て、酵素反応系を選び、本発明の選択観測法を用いてリ
ン酸代謝を選択観測しうる実施形態の例を示す。

【００４８】図６および図７で説明したベータ酸素１７
標識アデノシン３リン酸および２リン酸を含有する溶液
試料を測定対象とする、選択的リン３１−ＮＭＲ観測の
実施例として、アデノシン２リン酸２分子からアデノシ
ン３リン酸１分子とアデノシン１リン酸１分子を生じる
酵素であるアデニレートキナーゼを使用し、アデニレー
トキナーゼが酵素活性を維持しうる一定温度の緩衝溶液
中に、酵素およびアデノシン２リン酸を溶解して観測を
開始する測定実験を示す。

【００４９】図８は、平衡系の各ヌクレオシドリン酸濃
度が一定に保持されていることを示す説明図であり、横
軸は時間、縦軸はヌクレオシドリン酸の濃度を表す。従
来技術の説明に示した数２の平衡定数が０．７となるよ
う、アデノシン３リン酸、アデノシン２リン酸、アデノ
シン１リン酸、アデニレートキナーゼ酵素をｐＨ７．６
の緩衝液に溶解すると、化学平衡の下で数２の平衡定数
は初期値のまま維持される。

【００５０】図９は、図８を用いて説明した化学平衡下
での混合ヌクレオシドリン酸溶液において、平衡系を構
成するヌクレオシド２リン酸としてベータ酸素１７標識
アデノシン２リン酸を用い、また平衡系を構成する他の
ヌクレオシドリン酸として無標識アデノシン１リン酸、
無標識アデノシン３リン酸を用いて、それぞれの溶液中
濃度比が数２の平衡定数を０．７となるように調製した
混合溶液において、酸素１７標識アデノシン２リン酸の
濃度が経時的に変化することを示す説明図である。開始
時刻において酸素１７標識リン酸基はすべてアデノシン
２リン酸のベータリン酸基として存在するが、数１に示
した化学平衡によって時間とともにアデノシン３リン酸
のベータリン酸基として存在する酸素１７標識リン酸基
が増加する。

【００５１】本発明の特徴は、酸素１７標識リン酸基を
選択観測することにより、図８を用いて説明した化学平
衡下で一定濃度を保持している混合ヌクレオシドリン酸
溶液を測定対象として、図９を用いて説明したように酸
素１７標識リン酸基がアデノシン２リン酸からアデノシ
ン３リン酸に移動する様子を追跡しうる点にある。

【００５２】本発明の選択観測法を用いることで、化学
構造が類似したヌクレオシドリン酸化合物が混合状態に
ある試料を測定対象として、アデノシン３リン酸のベー
タリン酸基として存在する酸素１７標識リン酸基のみを
選択観測し、エネルギー代謝系の経時変化を無侵襲に計
測することが可能である。

【００５３】図１０は、図８を用いて説明した化学平衡
下での混合ヌクレオシドリン酸溶液を測定対象として観
測したリン３１−ＮＭＲスペクトルを表す模式図であ
る。共鳴線６１はアデノシン３リン酸ガンマリン酸基お
よびアデノシン２リン酸ベータリン酸基およびアデノシ
ン１リン酸アルファリン酸基に由来し、共鳴線６２はア
デノシン３リン酸アルファリン酸基およびアデノシン２
リン酸アルファリン酸基に由来し、共鳴線６３はアデノ
シン３リン酸ベータリン酸基に由来する。この混合ヌク
レオシドリン酸溶液では平衡定数が０．７となるよう溶
液組成が保持されているので、非選択的観測では３本の
共鳴線の強度は時間が経過しても一定である。

【００５４】図１１は、図１０を用いて説明した混合ヌ
クレオシドリン酸溶液を測定試料とし、酸素１７とリン
３１との分極移動を経由するリン３１−ＮＭＲスペクト
ルを表す模式図である。共鳴線７１は酸素１７標識アデ
ノシン２リン酸ベータリン酸基に由来し、共鳴線７２は
酸素１７標識アデノシン３リン酸ベータリン酸基に由来
する。図９を用いて説明したように、平衡定数が一定に
保持されても、酸素１７−リン３１分極移動を観測する
ことで、化学平衡によってアデノシン２リン酸に含まれ
る酸素１７標識リン酸基が減少し、アデノシン３リン酸
に含まれる酸素１７標識が増加する様子を追跡できる。
ただし、分極移動を観測するだけでは、アデノシン２リ
ン酸に含まれる酸素１７標識リン酸基も、アデノシン３
リン酸に含まれる酸素１７標識も、ともに観測されるの
で、観測信号を分光して化学種を識別する必要がある。

【００５５】図１２は、本発明にかかる周波数選択励起
パルスを用いる分極移動法を測定手段とし、図１０を用
いて説明した混合ヌクレオシドリン酸溶液を測定試料と
して観測した、リン３１−ＮＭＲスペクトルを表す模式
図である。共鳴線７３は酸素１７標識アデノシン３リン
酸ベータリン酸基に由来する。図３の選択励起パルス２
０の周波数を、図１の周波数設定機１９によってアデノ
シン３リン酸のベータリン酸基の共鳴周波数と一致させ
ることで、アデノシン２リン酸に含まれる酸素１７標識
リン酸基の信号を観測せず、アデノシン３リン酸に含ま
れる酸素１７標識リン酸基の信号のみを観測する。

【００５６】図１２の選択観測では、測定試料中に、酸
素１７標識リン酸基を含むヌクレオシドリン酸化学種が
複数存在しても、リン３１−ＮＭＲスペクトルの共鳴線
は、ベータ酸素１７標識アデノシン３リン酸のベータリ
ン酸基の共鳴線１本だけを観測しうる。この点におい
て、本発明は、公知の酸素１７−リン３１分極移動を利
用する選択観測法と異なる。

【００５７】図１２の選択観測においては、観測対象が
ベータ酸素１７標識アデノシン３リン酸のベータリン酸
基のみで他のリン３１−ＮＭＲ信号は標識の有無によら
ず消去されるので、観測した信号強度自体が、観測空間
における平均的な試料濃度と対応している。したがっ
て、他のヌクレオシドリン酸化学種と識別するための分
光は特に必要なく、共鳴信号の強度だけが分かればよ
い。

【００５８】

【発明の効果】上記詳述したごとく、本発明によれば、
複数化学種のヌクレオシドリン酸化合物が混在し、かつ
リン酸化合物の濃度がお互いに平衡状態にある混合試料
において、ベータ位を酸素１７標識したヌクレオシド３
リン酸のベータリン酸基に由来するリン３１−ＮＭＲ信
号のみを受信し、その量的変化、経時変化を観測、追跡
することが可能になる。

【００５９】本発明により、酸素１７標識リン酸化合物
と化学的に等価なリン酸化合物があらかじめ試料中に存
在しても、その信号は観測せず、投薬した酸素１７標識
リン酸化合物の経時変化のみを計測できる。酸素１７標
識リン酸化合物以外のリン酸化合物が試料中に存在する
か否か、それらのリン酸化合物のリン３１−ＮＭＲ共鳴
周波数が観測対象のベータ酸素１７標識ヌクレオシドと
重複するか否かは問題ではなく、ベータ酸素１７標識ヌ
クレオシドのリン３１−ＮＭＲ信号のみを追跡できる。

【００６０】本発明のリン３１核磁気共鳴信号の観測法
は、通常のリン３１−ＮＭＲ観測と同様に、試料に対し
て無侵襲、非破壊に観測試料中のヌクレオシドリン酸に
由来するリン３１−ＮＭＲ信号を観測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リン３１核磁気共鳴信号の観測装置を現す構成
図。

【図２】本発明にかかる信号観測法の送信周波数決定ま
での手順を示す流れ図。

【図３】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む酸
素１７−リン３１ＨＭＱＣパルス系列を示すタイミング
図。

【図４】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む１
次元リン３１イメージングの観測パルス系列を示すタイ
ミング図。

【図５】本発明にかかる周波数選択励起パルスを含む３
次元リン３１イメージングの観測パルス系列を示すタイ
ミング図。

【図６】ベータ酸素１７標識アデノシン３リン酸の化学
構造を現す平面構造式を示す図。

【図７】ベータ酸素１７標識アデノシン２リン酸の化学
構造を現す平面構造式を示す図。

【図８】平衡系を構成する混合ヌクレオシドリン酸溶液
中で各ヌクレオシドリン酸濃度が一定に保持されている
ことを示す説明図。

【図９】平衡系を構成する混合ヌクレオシドリン酸溶液
中で酸素１７標識アデノシン２リン酸および酸素１７標
識アデノシン３リン酸の濃度が経時的に変化することを
示す説明図。

【図１０】公知の非選択的リン３１−ＮＭＲ観測法で化
学平衡にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した場
合のリン３１−ＮＭＲスペクトルを表す説明図。

【図１１】公知の酸素１７−リン３１分極移動観測法で
化学平衡にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した
場合のリン３１−ＮＭＲスペクトルを表す説明図。

【図１２】本発明にかかる、周波数選択励起パルスを含
む酸素１７−リン３１分極移動観測法により、化学平衡
にある混合ヌクレオシドリン酸溶液を観測した場合のリ
ン３１−ＮＭＲスペクトルを表す説明図。

【符号の説明】

１，２…磁石、 ３…試料容器、 ４…酸素17照射コイル、 ５…リン３１照射および検出コイル、 ６…ＮＭＲ分光計、 ７，８…傾斜磁場コイル、 ９…検出器、 １０…傾斜磁場電源、 １１…酸素１７照射回路、 １２…リン３１照射回路、 １３…受信器、 １４…高周波フィルタ、 １５…高周波フィルタ、 １６…切り替え器、 １９…周波数設定装置、 ２０…リン３１チャネル第１パルス、 ２１…リン３１チャネル第２パルス、 ２２，２３…待ち時間、 ２４…信号受信期間、 ２５…酸素１７チャネル第１パルス、 ２６…酸素１７チャネル第２パルス、 ２７，２８…待ち時間、 ２９…酸素１７チャネル連続照射パルス、 ３０…Ｚ軸傾斜磁場パルス、 ３５…Ｘ軸エンコードパルス、 ３６…Ｙ軸傾斜磁場パルス、 ４０…ベータリン酸基、 ４１…アデノシン、 ６１…非選択的観測法で観測したアデノシン３リン酸ガ
ンマリン酸基およびアデノシン２リン酸ベータリン酸基
のリン３１−ＮＭＲ共鳴線、 ６２…非選択的観測法で観測したアデノシン３リン酸ア
ルファリン酸基およびアデノシン２リン酸アルファリン
酸基のリン３１−ＮＭＲ共鳴線、 ６３…非選択的観測法で観測したアデノシン３リン酸ベ
ータリン酸基のリン３１−ＮＭＲ共鳴線、 ７１…分極移動法で観測したアデノシン３リン酸ガンマ
リン酸基およびアデノシン２リン酸ベータリン酸基のリ
ン３１−ＮＭＲ共鳴線、 ７２…分極移動法で観測したアデノシン３リン酸ベータ
リン酸基のリン３１−ＮＭＲ共鳴線、 ７３…本発明の選択励起分極移動法で観測したアデノシ
ン３リン酸ベータリン酸基のリン３１−ＮＭＲ共鳴線。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベータリン酸基に天然存在比よりも高い割
   合の酸素１７を含有するヌクレオシド３リン酸を測定対
   象とし、観測の際にベータリン酸基のリン３１核を周波
   数選択励起し、酸素１７との分極移動を経由するリン３
   １核磁気共鳴信号を観測し、ベータ酸素１７ヌクレオシ
   ド３リン酸のベータリン酸基に由来するリン３１核磁気
   共鳴信号を観測することを特徴とするリン３１核磁気共
   鳴信号検出方法。
2. 【請求項２】試料空間に傾斜磁場を発生して、ベータリ
   ン酸基に天然存在比よりも高い割合の酸素１７を含有す
   るヌクレオシド３リン酸を測定対象とし、観測の際にベ
   ータリン酸基のリン３１核を周波数選択励起し、酸素１
   ７との分極移動を経由するリン３１核磁気共鳴信号を観
   測し、ベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸のベー
   タリン酸基に由来し、かつ酸素１７との分極移動を経由
   するリン３１核磁気共鳴信号の空間分布像を得ることを
   特徴とするリン３１核磁気共鳴イメージング方法。
3. 【請求項３】請求項１のリン３１核磁気共鳴信号検出方
   法において、送信機および受信機の中心周波数をベータ
   酸素１７ヌクレオシド３リン酸のベータリン酸基の共鳴
   周波数と一致させることを特徴とするリン３１核磁気共
   鳴信号検出方法。
4. 【請求項４】請求項２のリン３１核磁気共鳴イメージン
   グ方法において、送信機および受信機の中心周波数をベ
   ータ酸素１７ヌクレオシド３リン酸のベータリン酸基の
   共鳴周波数と一致させることを特徴とするリン３１核磁
   気共鳴イメージング方法。
5. 【請求項５】請求項１のリン３１核磁気共鳴信号検出方
   法において、高周波パルスの中心周波数を設定する際
   に、ベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸のベータ
   リン酸基の周波数選択励起に必要な中心周波数が既知で
   あれば、その既知の中心周波数を用いることを特徴とす
   るリン３１核磁気共鳴信号検出方法。
6. 【請求項６】請求項２のリン３１核磁気共鳴イメージン
   グ方法において、高周波パルスの中心周波数を設定する
   際に、ベータ酸素１７標識ヌクレオシド３リン酸のベー
   タリン酸基の周波数選択励起に必要な中心周波数が既知
   であれば、その既知の中心周波数を用いることを特徴と
   するリン３１核磁気共鳴信号イメージング方法。