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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Development of cell delivery system attaching flexible ultrasound array on body surface

Research Project

Project/Area Number 17H02107
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

桝田 晃司  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60283420)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 丸山 一雄  帝京大学, 薬学部, 特任教授 (30130040)
鈴木 亮  帝京大学, 薬学部, 教授 (90384784)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords音響放射力 / 微小気泡 / アレイトランスデューサ / リンパ球 / 超音波音場
Outline of Annual Research Achievements

我々は、免疫細胞療法などに応用するため、細胞の周囲に微小気泡を付着させた凝集体を形成し、音響放射力を利用して細胞を血流中で運搬するための技術を開発してきた。本研究では主に、CD8陽性Tリンパ球と、それに特異的に付着する抗 CD8 抗体を修飾した微小気泡を用いて、先行研究と同様の条件で細胞表面に共有結合させ、凝集体を形成した。初年度より、流体中の凝集体に対して様々な方向から湾曲アレイプローブで形成した超音波音場を照射することで凝集体を制御できることを、実験結果を中心に示してきた。最終年度は、超音波による凝集体の捕捉の理論モデルの構築、および実験結果との比較について検討したので報告する。
理論モデルとして、流路内に流れる凝集体に対して働く音響放射力と、流速と血管内の位置から、凝集体の移動距離を逐次計算し、凝集体の壁面到達率と捕捉される様子を、MATLABを用いたシミュレーションにより再現した。また得られたシミュレーション結果を実験にて再現し、実験結果からシミュレーションの修正を行う手法を取った。
実験では、水槽底面には中心周波数3MHz、128素子の2次元アレイトランスデューサを設置し、蛍光顕微鏡の視野内に焦点を形成するような実験系を構築した。形成した音場中における凝集体の動態を蛍光顕微鏡により観測した。超音波音場形状として、複数の焦点を流路に沿って形成し、1焦点あたりの最大音圧を 100~400 kPa の範囲で変化させ、壁面へ捕捉される凝集体の面積を検証した。その結果、焦点数の変化に伴って総捕捉面積は変化し、単焦点での捕捉面積に比べて最大で1.4倍捕捉面積が向上することを、実験とシミュレーションの両方にて確認した。本研究により、細胞を包含した微小気泡凝集体の捕捉効果を確認し、それらを制御するための音場の条件を検討した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Detaching thin catheter from adhesion on blood vessel wall using acoustic radiation force with solid vibration2020

    • Author(s)
      Junya Takano, Yutaro Kobayashi, Hidetaka Ushimizu, Kansai Okadome, Takashi Mochizuki, and Kohji Masuda
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Pages: SKKE22

    • DOI

      doi.org/10.35848/1347-4065/ab8f0a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Viability validation of therapeutic cells according to surrounded amount of microbubbles and ultrasound exposure condition2019

    • Author(s)
      Masakazu Seki, Takuya Otsuka, Riki Oitate, Kohji Masuda , Johan Unga, Ryo Suzuki, and Kazuo Maruyama
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: SGGE13

    • DOI

      doi.org/10.7567/1347-4065/ab19ab

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Three-dimensional measurement of tip position of catheter in ultrasound volume through time-series analysis of microbubble dispersion2019

    • Author(s)
      Kosuke Kanda, Tatsuya Saito, Hidetaka Ushimizu, Kohji Masuda
    • Organizer
      The 2019 Biomedical Engineering International Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional extension of blood vessel network by combining multiple ultrasound volumes from different directions2019

    • Author(s)
      Takuya Katai, Ikumu Yasuda, Kosuke Watanabe, Kansai Okadome, Yoshihiro Edamoto, Shin Enosawa, and Kohji Masuda
    • Organizer
      IEEE Engineering in Medicine and Biology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小気泡-細胞凝集体の能動制御のための微小気泡破壊率の音波パラメータ依存性2019

    • Author(s)
      野﨑浄信、古谷飛鳥、桝田晃司、鈴木亮、丸山一雄
    • Organizer
      日本超音波医学会 第31 回関東甲信越地方会学術集会
  • [Presentation] Theoretical analysis of retention distribution of bubble surrounded cells with tempo spatial division emission2019

    • Author(s)
      Takuya Otsuka, Masakazu Seki , Kiyonobu Nozaki, Takumi Chikaarashi, Ryota Akutsu, Johan Unga, Kazuo Maruyama , Ryo Suzuki, and Kohji Masuda
    • Organizer
      40th Ultrasound Electronics Symposium
  • [Presentation] 超音波音場形状に対する細胞-微小気泡凝集体の捕捉効果とその解析2019

    • Author(s)
      大塚拓也、関政和、追立理喜、桝田晃司、Johan Unga、鈴木亮、丸山一雄
    • Organizer
      日本超音波医学会 第92回学術集会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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