2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanisms and expansion of application range of sonoporation by in situ observation of bubble-cell interaction
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17H00864
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
工藤 信樹 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30271638)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松崎 典弥 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00419467)
鈴木 亮 帝京大学, 薬学部, 教授 (90384784)
佐々木 東 北海道大学, 獣医学研究院, 助教 (00754532)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ソノポレーション / 超音波治療 / 微小気泡 / 高速度顕微観察 / 3次元細胞培養 / 毛細血管 / 樹状細胞 / 側方観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．ソノポレーション観察装置の開発：研究代表者がすでに所有していた倒立型顕微鏡システムに高画質な高速度ビデオカメラ（撮影速度1,000万コマ毎秒，撮影コマ数256コマ）とレーザ共焦点顕微鏡を組み合わせて観察装置を完成し，超音波照射下での気泡のダイナミクスが細胞に与える機械的作用の高速度撮影と細胞が受ける作用の蛍光観察において，世界最高性能を有することを実験を通じて確認した.
2．表在細胞への導入現象の解明：生体内の状況を模擬して柔らかいゲル足場上に細胞を培養した表在細胞ファントムを作成した．ファントム専用の観察チャンバを開発し，細胞と気泡の相互作用を側方観察を実現した．これを用いてソノポレーション観察を行い，足場層の硬さ，超音波照射条件（高音圧短パルス，低音圧長パルス）によって気泡と細胞の相互作用の機序が異なることを明らかにした.
3．樹状細胞のソノポレーション：気泡が表面に付着した樹状細胞と，内部に貪食した細胞について観察を行い，樹状細胞による微小気泡の貪食がソノポレーションにおける気泡のふるまいと消失，膜損傷に与える影響を調べた．その結果，貪食により気泡のふるまいが阻害され，膜損傷が低下するが，気泡消失・膜損傷は超音波の波数を増やすと，阻害効果が低下することを明らかにした．
4．毛細血管の内皮細胞と血管透過性に与える作用：直径10～30ミクロンの内腔を有するゲルファントムを作成し，毛細血管とほぼ等しい内腔内における気泡のダイナミクスを高速度観察できることを確認した．さらに，コラーゲンゲルとヒト臍帯静脈血管内皮細胞を用いて3次元細胞培養技術により毛細血管網を模擬するファントムを試作し，内腔に気泡を導入し超音波照射下における血管内皮と気泡の相互作用の高速度撮影・蛍光撮影する手技を確立した．基本的な実験を通じ，内皮細胞が受ける機械的作用検討におけるファントムの有用性を確認した.
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Asymmetric oscillations of endoskeletal antibubbles2020
Author(s)
Kudo Nobuki、Uzbekov Rustem、Matsumoto Ryunosuke、Shimizu Ri-ichiro、Carlson Craig S.、Anderton Nicole、Deroubaix Aurelie、Penny Clement、Poortinga Albert T.、Rubin David M.、Bouakaz Ayache、Postema Michiel
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 59
Pages: SKKE02
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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