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生体の非線形光学効果を用いた真皮コラーゲン線維配向のin situトモグラフィー

Research Project

Project/Area Number 15650094
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Biomedical engineering/Biological material science
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

安井 武史  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (70314408)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 荒木 勉  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (50136214)
東野 義之  奈良県立医科大学, 医学科, 教授 (40075023)
秀 道広  広島大学, 大学院・医歯薬総合研究科, 教授 (50284188)
Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Keywordsコラーゲン / 配向 / 真皮 / 非線形光学効果 / 第2高調波発生光 / フェムト秒レーザー
Research Abstract

真皮コラーゲン線維は皮膚の形態的及び機能的特性を決定する上で重要な役割を果たしていることから、その構造のin situ診断技術が臨床及び基礎医学の分野で望まれている。本研究では、コラーゲン分子自身の非線形光学特性と超短パルス光との相互作用の結果として誘起される第2高調波発生光(生体SHG光)に着目し、真皮コラーゲン線維の配向分布測定に関する研究を行った。
今年度は、真皮コラーゲン線維の3次元配向分布測定を実現するため、深さ分解SHG偏光イメージングシステムを開発した。ここでは、組織深部に対しても適用が可能なように反射共焦点顕微光学系を導入することにより、面内空間分解能1.5μm、深さ分解能15μmの基本特性を得た。また、ヒト組織サンプルに応用し、硬組織において150μm、軟組織において300μmのプローブ可能深度を得た。さらに、ヒト組織サンプルにおけるコラーゲン線維配向の3次元分布測定を行ったところ、ヒト距骨では骨陵と平行なコラーゲン配向が3次元的に分布していることが確認された。一方、ヒト真皮では上層(乳頭真皮)及び下層(網状真皮)におけるコラーゲン線維構造の明確な相違を観測した。例えば、乳頭真皮ではキメの細かいコラーゲン線維構造が観察されたのに対し、網状真皮では太く発達したコラーゲン線維が縦横に絡み合って分布している様子が確認された。最後に、ヒト前腕のin situ測定を行った。その結果、レーザー安全照射レベルにおいて、表皮越しに真皮コラーゲン線維から生体SHG光を観測した。また、偏光解析イメージングの結果から、前腕が伸縮しやすい方向に沿ってコラーゲン線維が配向分布していることも確認した。
これらの結果から、本手法が真皮コラーゲン線維構造のin situ診断技術として有用であるという結論を得た。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2004 Other

All Journal Article (6 results) Publications (3 results)

  • [Journal Article] Characterization of collagen orientation in human dermis by two-dimensional second-harmonic-generation polarimetry2004

    • Author(s)
      Takeshi Yasui, et al.
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Optics Vol.9(2)

      Pages: 259-264

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Determination of collagen fiber orientation in human tissue by polarization measurement of molecular second-harmonic-generation light2004

    • Author(s)
      Takashi Yasui, et al.
    • Journal Title

      Applied Optics Vol.43(14)

      Pages: 2861-2867

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Tomography of collagen fiber orientation in human tissue using depth-resolved second-harmonic-generation polarimetry2004

    • Author(s)
      T.Yasui, et al.
    • Journal Title

      Abstract of 8th International Conference on Optics Within Life Sciences

      Pages: 195-196

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Tomographic imaging of collagen fiber orientation in human tissue using depth-resolved polarimetry of second-harmonic-generation light2004

    • Author(s)
      K.Sasaki, et al.
    • Journal Title

      Proceeding of 2nd Asian and Pacific Rim Symposium on Biophotonics

      Pages: 205-206

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 生体の非線形光学効果を用いた組織コラーゲン線維の配向分布測定2004

    • Author(s)
      安井武史, 他
    • Journal Title

      Optics Japan 2004シンポジウム「新しい生体光計測・光制御技術」講演予稿集

      Pages: 90-91

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 生体組織の非線形光学効果を用いたコラーゲン配向測定2004

    • Author(s)
      安井武史, 他
    • Journal Title

      第30回レーザ顕微鏡研究会シンポジウム「生体の無染色イメージング」抄録集

      Pages: 21-25

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] Takeshi Yasui: "Characterization of collagen orientation in human dermis by two-dimensional second-harmonic-generation polarimetry"Journal od Biomedical Optics. Vol.9(2)(in press). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Takeshi Yasui: "Determination of collagen fiber orientation in human tissue by polarization measurement of molecular second-harmonic-generation light"Applied Optics. (in accept).

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 安井武史: "第2高調波発生光の偏光分解イメージングを用いた生体内コラーゲン線維配向の分布測定"第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 117-118 (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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