2017 Fiscal Year Annual Research Report
時空間マルチスケールイメージングによる生体理解と制御
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16H05156
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
西村 智 自治医科大学, 医学部, 教授 (80456136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂田 飛鳥 自治医科大学, 医学部, 研究員 (90528457)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体イメージング / 二光子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
基礎研究における生体の網羅的把握、および、臨床現場での光診断を目指した生体イメージングデバイスを開発する。生活習慣病における慢性炎症がいかに維持されるか、生体に傷害をあたえ修復過程を観察し全貌を明らかにする。
特に、ミクロとマクロをカバーするイメージングモダリティを開発し、個体全体をみつつ、特定の一細胞レベルの解析を行える基盤技術を開発する。２９年度には、これらの基礎となる結像系を新たにデザインし実証データを得た。さらに、実際に稼働するプロトタイプを作成し、現在臨床現場での評価を行っている。手持ち可能な極小化したイメージングデバイスに加え、超解像技術を導入した改良型二光子顕微鏡および、広光路共焦点イメージングロボッを開発している。高画素CMOSセンサーを活用するために、半導体工学研究者および民間企業とも連携を行っている。ロボティクス、にくわえ、制御工学、情報工学を融合し、システム開発を行う。「めでみえないものをみて」「画像から理解を直結させる」ために、実時間で変動していく生体材料に対して網羅的解析を試みている。
また、臓器不全増悪の予知・予防を目的とし、赤外分光技術を元にした非侵襲での代謝イメージング・センシングデバイスを開発している。可視光領域では見えない新たな生体情報を可視化評価するために、赤外線領域に焦点をあてている。吸収結像によるInGaAsカメラ（近赤外線）イメージング、反射系を用いたボロメーター（遠赤外線）、あるいは、分光技術を応用し、物質特異的な生体イメージングを行っている。従来、赤外イメージングは特別な機材を必要としていたが、現在可視光と赤外の同時観察・評価を顕微鏡で解析可能にしている。イメージングデバイスは医療への応用も視野にいれ、赤外線イメージングを手術室でおこないスマート医療への応用を検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
近年、生活習慣病・悪性腫瘍といった慢性疾患の背景には持続する炎症が存在することが示され、「慢性炎症」を鍵とした病態解明が試みられている。しかし、多種・多数の細胞が関わるこれらのプロセスを包括的に理解するツールが存在していない。西村らは継続的に、生体イメージングツールを開発・学会発表・知財申請しつづけている。国内外の研究者にもイメージングに関わるソリューションを呈示し、多くの企業と産学連携を続けている。
３０年度は、マクロ・ミクロをカバーする生体イメージング技術を開発し、さらに、紫外線・可視光・赤外線のすべてを無収差・同一レンズで撮像できる結像システム（全波長顕微鏡）を開発している。さらに、発光と蛍光の同時撮影など、従来のイメージングでは不可能だった解析を可能にしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、慢性炎症から臓器不全に至る過程のイメージング解析を行う。治療法が存在しない機能喪失に対して、生体を透過する赤外線の特徴を活かし、生体のなかでおきるリアルタイムな代謝マップイメージングを行い治療法の探索を行う。定常状態の評価に加え、臓器不全によるシフトを定量的に明らかにする。日常生活からの逸脱点の検出には、スパース性を前提としたモデリングをはじめ情報工学も積極的に用いる。可視光のみをもちいたいままでの観察研究では予測できない、逸脱・臨界点を予知可能なイメージングシステムを目指す。生体の網羅的イメージングのなかから、細胞レベルでの赤外分光・質量分析を行い、不全心の病態解析と光制御を試みる。心不全は特異的な治療の存在しない予後不良疾患であり、ブレイクスルーが望まれている。近年、酸素応答や代謝マップの異常が明らかになっているが、主要な支配因子がいまだ隠されている可能性が高い。
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