ライフサイエンス向け核磁気共鳴装置 (NMR)

NMR (核磁気共鳴装置) は、強磁場中で原子核の共鳴現象を利用し、生体分子の構造や分子間相互作用、動的挙動を非破壊で解析できる分光装置です。溶液状態や固体状態の試料を原子レベルで解析できるため、タンパク質や核酸の立体構造解析、代謝物解析（メタボロミクス）、薬剤と生体分子の相互作用解析、細胞・組織中の分子状態評価など、ライフサイエンス分野における幅広い研究に活用されています。

製品一覧

NMR spectrometer
ECZ Luminous™
(JNM-ECZLシリーズ)
FT NMR装置

高感度汎用溶液NMRプローブ ROYALプローブ™

ROYALプローブ™HFX

ROYALプローブ™ P+

UltraCOOLプローブ

SuperCOOLプローブ

5mmHCN三重共鳴プローブ

固体三重共鳴MASプローブ(HXY/HCN)

核磁気共鳴装置 (NMR) の解析手法

ライフサイエンス分野では、解析対象や取得したい情報に応じて、さまざまなNMR解析手法が用いられています。タンパク質の立体構造解析、分子間相互作用の検出、製剤中成分の状態評価など、目的に応じた解析アプローチを選択することで、生体分子の詳細な情報を取得できます。

分子間相互作用の検出 (創薬シーズスクリーニング)

溶液中のリガンドは、それが単独で存在する場合と、標的タンパク質と相互作用する場合とでは、磁化移動の効率や緩和の過程に顕著な違いが生じます。この違いを利用することで、薬剤候補となるリガンドの結合の有無を判定することができます。
測定手法としては、STD (Saturation Transfer Difference)、WaterLOGSY、CPMG・T1 ρ法などが知られますが、それぞれ信号の検出原理が異なり、相互作用の強さに対する検出感度を異にします。そのため、複数の手法を相補的に用いることでスクリーニングの信頼性、網羅性を高めることができます。得られたスペクトルデータは、統合的な解析環境（下図）において処理することで、解析効率が高まり、より高いスループットでの評価が期待できます。

NMR解析ソフトウェアJASONのプラグインツール：AffinityScreen

タンパク質構造解析

各種多次元多重共鳴測定により、タンパク質を構成する各原子の信号を帰属することができます。
これを基にして、受容体（タンパク質）に結合する薬剤分子の結合部位の特定をはじめ、分子認識の詳細の解析、立体構造決定、運動性評価などが可能になります。

トロポニンC (TnC) とトロポニン I (TnI) は筋肉の収縮を制御する因子で、カルシウム濃度依存的に互いに複合体を形成します。Tirasemtivはこの複合体の界面に結合する低分子の薬剤リガンドであり、同タンパク質の活性化状態を維持する機能があります。
下の測定例は、¹³C/1⁵Nに標識された骨格トロポニンC/ トロポニンI (sNTnC-sTnI) のキメラタンパク質 (17 kDa) に対して等量のリガンドTirasemtivを加えたものです。リガンドが強くタンパク質に結合し、スペクトルの様子が大きく変化するのがわかります。信号の変化を帰属すれば、リガンド結合部位の特定を行うことができます。

化学シフトは核を取り巻く電子の環境変化に大変敏感です。下の例では、溶媒のpH の変化に伴う、リガンドの非解離の¹H信号の化学シフト変化を追ったものです。変化の様子から、官能基の解離点 (pKa) を求めることができます。この例では、Tirasemtivは生理的pH付近の比較的狭い範囲に、ある構造状態があることが示唆されます。このようなデータは、作用環境と結合活性の関係を考える際の基礎的な知見となり得ます。

製剤解析

結晶形の違いは分子の溶解性や安定性などに影響を与えます。そのため、固形薬剤の結晶多型を把握することは、医薬品の品質を左右する重要な要素となります。固体NMR は薬剤を粉末のまま測定することができ、結晶形の識別に有効な手段となります。
テオフィリン (咳止め、抗炎症作用医薬品) は、結晶化条件に応じて複数の結晶形を形成することが知られています。以下では、市販の医薬品とそれを蒸留水中で再結晶した試料の固体13C スペクトルを示します。結晶形ごとに特徴の異なるスペクトルが得られ、これにより各結晶形が明確に識別できることがわかります。