ハイパースペクトル光音響顕微鏡の開発及び皮膚がん広がり診断への応用

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12856
• Research Institution: National Defense Medical College
• Principal Investigator: 平沢 壮 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (60583086)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東 隆一 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 病院 形成外科, 准教授 (00531112) ; 大川 晋平 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 助教 (20432049) ; 石原 美弥 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 教授 (30505342)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光音響顕微鏡 / 光音響イメージング / マルチスペクトル / ハイパースペクトル / 分光計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，体動の影響を受けずにメラニンの選択的検出が可能な，波長可変光源を使用しない新しい原理に基づくハイパースペクトル光音響顕微鏡を開発し，生体模擬試料を対象としたイメージング実験により性能を評価し，動物実験に適用して皮膚がん病変広がり診断性能を評価する計画である。今年度は装置系の改良と，メラノーマ細胞を対象とした基礎実験を実施した。
装置系の改良に関しては，光学励起系と超音波検出系についてそれぞれ改良を施した。光学励起系について，前年度までにハイパースペクトル光音響顕微鏡を可能とする光学系を構築し，光学系の評価実験を実施することで所望の効果が得られた一方で，光量ロスが想定以上であり励起光伝送系の高効率化の必要性が生じていた。そこで，光量ロスの小さい光学系を新たに設計して導入することで，伝送効率を高効率化した。加えて，ハイパースペクトル光音響顕微鏡において，色収差が計測誤差の要因になることを確認したため，色収差の影響を受けない光学系を設計し実装することで対策を行った。超音波検出系について，前年度に設計した高効率な超音波センサを試作し，開発中の光音響顕微鏡に適用した。光音響信号を検出する検出系の立体角を最適化した設計により，従来使用していた超音波センサと比較して高感度が得られることを確認した。
メラノーマ細胞を対象とした基礎実験では，光音響顕微鏡を用いて，培養容器に培養したB16-F0マウスメラノーマ細胞を対象にイメージング実験を実施し，メラノーマ細胞内のメラノソーム分布をイメージングできることを実証した。
さらに，次年度に実施する動物実験に向けて，光音響顕微鏡を用いた血管分布イメージングなどを実施し，実験条件の最適化を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までに，ハイパースペクトル光音響顕微鏡を可能とする光学系の単体評価及び，本研究に適用するための光音響顕微鏡の改良を実施した。また，光音響顕微鏡を用いて，メラノーマ細胞を対象とした光音響顕微鏡のイメージングや，学内の動物実験倫理委員会の承認を得たうえで血管分布のイメージングに着手しており，培養細胞や実験動物を対象とした有効性評価の準備が進捗している。

Strategy for Future Research Activity

今年度までに，本研究の目的達成のために必要な装置に関する検討及び評価実験に関する検討が適切に進められている。次年度に，培養細胞及び実験動物を対象に，皮膚がん病変広がり診断への適用可能性を評価するための実験を実施する。

Causes of Carryover

光音響顕微鏡構築に用いる治具について，既存の治具を用いて検討できたため，本年度は購入を見送った。次年度に，研究発表にかかる費用及び，装置の高感度化及び高速化のために必要な機材の購入費用として使用する。