卓上NMR×機械学習で「母乳オリゴ糖」簡便測定法を開発〜一人ひとりに合わせた「個別化授乳ケア」と適切な栄養指導の実現へ〜

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2026-09-07 北海道大学

北海道大学などの研究グループは、卓上型の小型核磁気共鳴(NMR)装置と機械学習を組み合わせ、母乳中のヒト母乳オリゴ糖(HMO)を簡便かつ高精度に定量する手法を開発した。HMOは乳児の腸内環境形成や免疫発達に関わる重要成分だが、遺伝的特性や授乳時期によって含有量が変動し、従来は高性能な大型NMR装置などを必要とした。研究では、超高磁場NMRで取得した高精度データを教師データとして機械学習モデルを構築し、卓上型NMRでは重複して判別が難しい信号から、主要HMOである2′-FL、3-FL、LNFP-Iを高精度に定量することに成功した。小型装置を医療現場へ導入できれば、母乳の状態を迅速に評価し、乳児ごとの発育状況に応じた授乳支援や個別化栄養ケアにつながる可能性がある。

卓上NMR×機械学習で「母乳オリゴ糖」簡便測定法を開発〜一人ひとりに合わせた「個別化授乳ケア」と適切な栄養指導の実現へ〜
本研究で開発した母乳オリゴ糖の分析技術の概要

<関連情報>

卓上型1H NMR分光法と機械学習を用いたヒト母乳中フコシル化母乳オリゴ糖の定量 Machine Learning-Enabled Quantification of Fucosylated Human Milk Oligosaccharides in Human Breast Milk by Benchtop 1H NMR Spectroscopy

Zhiyan Hu;Jiaxi Jiang;Jun Abe;Thanawat Thumrongtaradol;Miho Akasaka;Yuki Ohnishi;Seiji Osada;Tatsuya Arai;Hiroyuki Kumeta;Yasuhiro Kumaki;Kazuo Yamauchi;Yu Shimizu;Yuki Yokoi;Kiminori Nakamura;Tokiyoshi Ayabe;Koshi Nakamura;Takashi Kimura;Akiko Tamakoshi;Tomoyasu Aizawa
Journal of Agricultural and Food Chemistry  Published:July 25, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6c04775

Abstract

Human milk oligosaccharides (HMOs) are bioactive components of human breast milk (HBM), but their concentrations vary with maternal secretor phenotype and lactation stage, making individual HMO quantification analytically demanding. Here, we present a reference-guided benchtop 60 MHz NMR workflow integrating chemometrics and machine learning to quantify major fucosylated HMOs in HBM. A total of 111 HBM samples from 37 donors across lactation stages were analyzed. Using 800 MHz NMR-derived concentrations as references, predictive models were developed from benchtop NMR spectra for 2′-fucosyllactose (2′-FL), 3-fucosyllactose (3-FL), and lacto-N-fucopentaose I (LNFP-I). Unlike conventional peak-fitting-based NMR quantification, this workflow recovered HMO-specific quantitative information from highly overlapped 60 MHz carbohydrate signals that were not directly resolvable in authentic HBM. Elastic Net yielded practical models, particularly for lower-abundance 3-FL and LNFP-I. These results support benchtop NMR combined with machine learning as an accessible platform for HMO screening.

医療・健康
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