客观日本

皮肤散出气体实现可视化——日本成功对皮肤表面释放的血液挥发性微量成分实时成像

2020年01月17日 生物医药

东京医科齿科大学的三林教授带领的研究团队开发出一款检测皮肤释放的血液挥发性成分浓度分布情况的非侵袭性实时成像设备(sniff-cam)。并发现,出汗较少且表皮较薄的耳周区域、尤其是耳道开口处是对血液中含有的挥发性成分进行无创测量的理想部位。

皮肤散出气体实现可视化——日本成功对皮肤表面释放的血液挥发性微量成分实时成像

图1:饭谷健太合作研究员(左)、三林浩二教授(中)、荒川贵博讲师(右)举行发布会

在验证实验中,研究团队以汗腺密度和表皮层数各不相同的手掌、手指、手背、脚掌和耳朵为目标部位,对健康受试者饮用一定量酒精饮料后皮肤散发的气体中的乙醇及其代谢产物乙醛的浓度分布进行实时成像,成功实现了酒精代谢的无创监测。另外,还研究了利用以往方法难以观察的“因身体部位而异的汗腺分布和表皮层数”与“皮肤散发的VOCs(Volatile organic compounds,挥发性有机化合物)”之间的关系。研究发现,薄薄的表皮下密集分布着毛细血管,而汗腺较少的耳周区域是实施经皮VOCs测量的最佳部位。该项重大成果,将有助于今后“经由皮肤测量血液气体”(图2)。

嗅探相机检测乙醇(或者乙醛)关键是采用了生物荧光法,基于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶I,NAD)依赖型醇脱氢酶(ADH)的催化反应。在高灵敏度相机的前方设置用氧化型NAD(NAD+)浸润后的ADH固定网,当负载乙醇气体后,会通过酶促反应生成还原型NAD(NADH)。NADH被照射340nm波长紫外光时会生成波长为490nm的荧光,该荧光强度与负载的乙醇气体浓度成正相关。因此,通过用相机记录ADH固定网上的荧光强度分布,便得到了乙醇气体的浓度分布情况(图2)。

皮肤散出气体实现可视化——日本成功对皮肤表面释放的血液挥发性微量成分实时成像

图2:(a)饮酒后受试者的不同身体部位散发的乙醇气体分布图像(发汗速度、表皮层数)。(b)耳廓周边的乙醇(左上:绿色)和乙醛(右上:红色)的浓度分布、时间变化,以及乙醇和乙醛气体分布的叠加图(下:绿色和红色)。(c)饮酒后耳道开口处皮肤释放出来的气体中乙醇(黑色)和乙醛气体(红色)浓度的时间变化。

说起皮肤散发的挥发性成分,我们最先想到的会是“体臭”;但实际上还有“无臭成分”和“极低浓度的气体”。利用新开发的嗅探相机,即使是没味儿的气体成分和微量成分也能被定量直观地显示出浓度分布信息。另外,还有望通过无创皮肤气体测量开发出疾病的早期筛查法。本次研究开发的嗅探相机以乙醇和乙醛气体为对象,不过只需改变酶的种类,就能对其他气体进行成像。

例如,可对糖尿病和脂质代谢产生的丙酮气体进行可视化测量来早期诊断糖尿病和评估有氧运动的代谢、可使皮肤癌和乳腺癌等产生的皮肤气体可视化。除了疾病和代谢VOCs之外,还有望用来评估居住环境相关的新居综合征(Sick House Syndrome)致病成分(甲醛气体等)分布,以及通过果蔬的香气可视化对成熟度进行非破坏评估等。

论文信息
题目:Transcutaneous blood VOC imaging system (skin-gas cam) with real-time bio-fluorometric device on rounded skin surface
期刊:《ACS Sensors》

日文发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译整理

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