2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of haptic forceps equipped with gliosis discrimination function

Research Project

Project/Area Number	21K18085
Research Institution	Keio University
Principal Investigator	柴尾俊輔慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 共同研究員 (50528792)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	グリオーシス / ハプティクス / 脳腫瘍 / 脳神経外科
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、脳腫瘍手術において安全に最大限の腫瘍摘出を行うために、正常脳組織と脳腫瘍、グリオーシスの硬さの違いを判別する手術器具を開発することである。具体的には、硬さを伝達する技術であるハプティクス技術を搭載した力触覚鑷子に、人工知能技術を利用した腫瘍、グリオーシス判別機能を搭載する。まず、人工知能自動判別アルゴリズムを決定するために正常脳組織、脳腫瘍組織、グリオーシス組織の硬さのデータをハプティクス技術を搭載した力触覚鑷子を用いて収集することが第一のステップとなる。令和３年度はこのデータを得るべく測定実験を行った。正常脳組織、脳腫瘍組織はマウス脳腫瘍モデルを用いて、グリオーシスはマウスグリオーシスモデルを別で作成して硬さを測定することとした。まず、動物モデルとしてヌードマウスに脳腫瘍細胞株U87、SF126を移植して作成した脳腫瘍モデルを用いて測定実験を行った。形成される腫瘍径を概ね均一化するため、ivisを使用し腫瘍径をモニタリングすることにより、安定したマウス脳腫瘍モデルを作成することができた。硬さの違いを鑑別する感度が高い鑷子幅を探索し、鑷子幅4-6 mmから狭めるのが最も感度が高いことを見出した。U87を移植したマウスモデルで安定した測定が可能となり、腫瘍の方が正常脳よりも硬いことが再現性を持って示唆された。またマウスグリオーシスモデルについては、脳腫瘍モデル測定が安定した時点で同様の条件で測定すべく作成を開始した。、マウスグリオーシスモデルとして、マウスの前脳に針を刺して損傷させることでグリオーシスを誘導するStab woundグリオーシスモデルを使用し、グリオーシスの硬さを測定する予定であり、現在その作成条件を検討中である（Allahyari et al. 2015）。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では最終目標として人工知能技術を利用して腫瘍、グリオーシス判別を行うことであり、人工知能自動判別アルゴリズムを決定するための正常脳組織、脳腫瘍組織、グリオーシスの硬さのデータの収集が非常に重要となる。前年度の研究の中で、大量に安定したデータを得るための条件設定が整ったことは大きな一歩と考えられる。また、マウス脳腫瘍モデルの作成が予想外にばらつきが大きいことも判明した。腫瘍が骨の中に生着するなど測定には望ましくない腫瘍もできていた。今後はこのような腫瘍ができないように脳腫瘍細胞の移植手技を安定させることと、このように条件の悪い腫瘍も想定した検体数の設定も再検討する方針としている。
Strategy for Future Research Activity	今後の研究の予定としては、ハプティクス技術を搭載した力触覚鑷子における上記の測定条件のもとでU87マウスモデルにおける測定数を増やし、まずはU87腫瘍と正常脳の硬さが有意差を持って異なることを示す。測定実験を繰り返し、正常脳、脳腫瘍、グリオーシスの硬さデータを収集する。また、マウス脳腫瘍モデルも様々な種類の脳腫瘍細胞株を移植し、それぞれの脳腫瘍の硬さの比較も行う。具体的にはSF126, iGSCモデル（誘導型グリオーマ幹細胞によるマウス脳腫瘍モデル）、及び　IOMM-Lee （髄膜腫）にても同様の測定を行い、腫瘍間の硬さの違いの判別脳を検討するまた、マウスのみではなくヒトの脳腫瘍における測定実験の準備も整えており、すでに手術にて摘出された髄膜腫において摘出後に硬さの測定を行い、ヒト脳腫瘍の硬さのデータ集積を開始した。今後は髄膜腫のみならず様々なヒトの脳腫瘍、グリオーシスにおける硬さ測定を進めていく予定である。
Causes of Carryover	コロナの影響で学会が現地開催とWeb開催のハイブリッドで開催されることが多く、予想よりも旅費の使用が少なかった。また、現段階ではデータ集積段階であり、解析段階に入っていないため、その解析のためのソフトやPCの購入費用がなかった。今後はコロナも収束傾向であり、現地開催の学会も増えてくる可能性があることから、旅費への使用を計画している、また、今後は測定データが蓄積されデータ解析の段階に入ってくるため、それに必要なソフトやPC購入の必要性が高くなると考えられる。