2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanical and biological effects of oscillating microbubbles on capillary endothelial cells and extravasation
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20H04542
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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) |
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, 講師 (00754532)
松崎 典弥 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (00419467)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超音波 / 微小気泡 / 薬物送達 / 血液脳関門・血液腫瘍関門開放 / 血管ファントム / 3次元培養 / 高速度・共焦点観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【血管の物理特性を模擬するゲルファントムの開発】 超音波周波数帯におけるゲルの動的弾性率を明らかにする検討を行った，準静的弾性率が既知のゲル中に懸濁した微小気泡の超音波照射下での径変化を高速度観察観察し，その結果をレイリープレセット方程式を用いたシミュレーションと比較することによりゲルの動的弾性率を推定する手法を考案した．
【組織構造を模擬する3次元培養細胞血管ファントムの開発】 線維芽細胞と内皮細胞の共培養による毛細血管ファントムの作成では，そのプロセスにおいて制御すべきパラメータが多くサンプル完成の歩留まりが低い．本年度は，共培養細胞数の比率，基材となるゲルの硬さ，血管開口端形成条件に関するパラメータなどを最適化し歩留まりを向上させた．完成サンプルの内腔に模擬薬剤と微小気泡を導入し，超音波照射下における微小気泡のダイナミクスの高速度撮影，超音波照射による模擬薬剤漏出の共焦点蛍光観察に初めて成功した．
【生体内顕微観察法】 手技の困難さから麻酔下で腸間膜を体外に引き出し顕微観察する手法は断念し，体外に切り出した腸間膜に微小気泡を導入し超音波照射を行う方式に変更した．気泡懸濁液導入のために直径1 mm以下の腸間膜動脈にカニュレーションする手技を習得した．超音波照射用チャンバを新規開発して毛細血管内気泡のダイナミクスを高速度観察し，動的弾性率を求めたゲルファントムの観察結果と比較することにより生体毛細血管の動的弾性率を60 kPa程度と推定した．
【樹状細胞の機械刺激受容特性】 超音波照射による細胞の機械刺激の適応範囲拡大のため，微小気泡を貪食しない樹状細胞への超音波照射を行った．その結果，波数1,500 波，最大負圧1.0 MPa の超音波の音響放射力が細胞に150 G程度の加速度（1.8 msに約70 ミクロン移動）を与え，細胞内カルシウム濃度を誘導できることを明らかにした，
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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