2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a low invasive and non-bioptic diagnostic technique for eosinophil esophagitis by Raman spectroscopy
| Project/Area Number |
19H04486
|
|---|
| Research Institution | Shimane University |
|---|
Principal Investigator |
山本 達之 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 教授 (60230570)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 英俊 関西学院大学, 生命環境学部, 教授 (10300873)
石原 俊治 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 教授 (80263531)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ラマン分光法 / 好酸球性食道炎 / 非生検的診断法 / エオジノフィルペルオキシダーゼ / ラマンプローブ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
我々が独自開発した，ラマンプローブを有しない医療ラマン装置によって，生検試料のラマン測定を行った。また，中空ラマンプローブを試作し，その性能評価のために，好酸球性食道炎モデルマウスを用いた実験を行なった。新型コロナウィルスの影響により，海外からの装置が届かなかったため，試作したラマンローブの性能向上実験に努力を集中した。また，実験に必須なレーザ光源の大幅な修理が必要となったため，装置作成の一部を断念してレーザ光源の修理を行った。
生検試料の任意の点のラマンスペクトルを，XYZの3方向に駆動可能なピエゾ駆動ステージを活用して，深さ方向を変えながら測定するための基礎技術を確立した。生検試料が存在する深さを自動的に決定する装置作成を目指した。その深さに，顕微鏡の焦点深度を固定して，自動XYスキャン測定し，2次元ラマンスペクトルを得，各ポイントのラマンスペクトルには，深さ数百μm範囲内の，全ての生体分子由来のラマンスペクトルを測定することができた。そして，広い深度から，EPのラマンシグナルを得るため，あえて非共焦点システムの作成を目指した。
すでに測定した生検試料の多数点のラマンスペクトルを用いて，非負拘束マルチバリエイト法（MCR法）による，我々独自の行列解析を施した。これにより，非負拘束条件のない解析では避けられなかった，負の値のスペクトル抽出の可能性を排除でき，生検試料に含まれる各分子由来の純粋なラマンスペクトル成分を抽出することができた。
医療ラマン装置に，ラマンプローブを接続して運用するために，共同研究者の佐藤が先端にボールレンズを用いた，内部が空洞の金属製ファイバラマンプローブの試作品を用いて，好酸球性食道炎モデルマウスの食道のラマンスペクトルを測定した。残念ながら，785 nmのレーザ光源では，EPのラマンスペクトルを測定することはできなかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究分担者の佐藤が作成した，中空ラマンプローブ試作品を用いて，モデルマウス食道のラマンスペクトルを測定できることを確認した。しかし，EPのラマンスペクトルについては，十分な共鳴増強効果を得ることができなかったため，確実に増強効果が得られることが分かっている，633 nmのレーザ光源に対応可能な中空ラマンプローブの開発を今後進めることにした。
一方，研究に必要なMCR解析法のソフトウェアの開発は順調に進捗した。AIを活用したソフトウェア開発も別途進めた。
一方，自動測定に必要な医療診断用ラマン分光装置の開発に必要な光学部品等の海外からの輸入が，新型コロナウィルスの世界的な蔓延による影響で大幅に遅延したため，装置製作そのものがストップしてしまう一方，ラマンスペクトル測定に必須なレーザ光源が故障したことに対応するために，補助金の一部を修理費用として用いた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
633 nmのレーザ光源に対応可能な中空ラマンプローブを開発して モデルマウスを用いた予備実験を継続する。これにより，中空ラマンプローブの試作品の性能向上に努める。
解析ソフトウェアの開発は順調に進んでいるので，今後それらを活用してラマンスペクトル解析を継続する。その後は，以下の方針で研究を継続する。
1.EPの吸収帯に重なるレーザ波長で，EPのラマン強度が通常の数万倍に増強される共 鳴ラマン条件下で，内視鏡検査の際に得た，生検試料のラマンスペクトルを測定する。
2.自動測定法の確立：生検試料の任意の点のラマンスペクトルを，XYZの3方向に駆動可能なピエゾ駆動ステージを活用して，深さ方向を変えながら測定する。
3.重畳する多成分からのEP成分の抽出：生検試料の多数点のラマンスペクトルに，非負拘束マルチバリエイト法（MCR法）による，我々独自の行列解析を施す。解析にはAIを活用したソフトウェアも用いる。
4.EPの浸潤の診断手法の確立：抽出したラマンスペクトル成分の強度を色変調して，EP由来の成分の2次元分布を可視化する。
|
