2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of five-dimensional photoacoustic microscopy for analysis of tumor vasculature
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22K12856
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| Research Institution | National Defense Medical College |
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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)
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| 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, 教授 (00531112)
大川 晋平 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 教授 (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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 光音響 / ハイパースペクトル / 分光 / 顕微鏡 / 皮膚がん / メラニン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では，研究代表者がこれまでに開発した，メラニンやヘモグロビン等の光吸収体を吸収波長で弁別しながら，光学顕微鏡レベルの空間分解能で3次元イメージングを行えるハイパースペクトル光音響顕微鏡について，データ取得を高速化してリアルタイムでのイメージングを可能とすることで5D光音響顕微鏡（3次元空間＋波長＋時間）を構築する。さらに，本技術の皮膚がんの診断における有用性を検証することを目的としている。今年度は，光音響顕微鏡装置の改良及び実験動物を対象とした検証実験に着手した。
前年度までに，光音響顕微鏡においてガルバノスキャナを用いた高速操作を適用することで1 fps以上の速度で3次元画像を取得可能とした。今年度は検出系の高感度化を行い，信号の積算回数を削減することで，7.5 fpsの速度で3次元画像を取得可能とした。本技術を用いることで，血管内部を流れる物質の流れの情報を得られることを確認しており，本法で観測したデータから酸素化情報や血流情報を定量的に評価する手法と組み合わせることで，がん組織の検出に有用な情報を得られると考えている。一方で，ガルバノスキャナにより光焦点を走査する方式においては，観察可能範囲が超音波センサの信号検出範囲に制限されることから，撮像範囲の拡大に限界があることを確認した。このことから，広範囲を好感度に検出可能な走査方式の開発に着手しており，ハードウェアを今年度に開発したので，次年度に制御ソフトウェアを開発して実証する計画である。
また，皮膚がんのイメージングにおいては赤血球に加えてメラニンの分布も評価指標として有用と考えられるため，マウスの皮膚のメラニン分布と赤血球分布を弁別して可視化するイメージング実験を実施し，正常マウスの皮膚の層構造に応じた分布が得られることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までに，光音響顕微鏡の高速化とin vivoイメージングへの適用を実現できている。皮膚がんの診断に適用するためには，撮像範囲の拡大が必要であり，そのための技術改良に着手しており次年度の前半に実装できる見込みである。実験動物を対象とした検証実験にもすでに着手できており，おおむね予定通りに研究を進捗できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのところ，研究計画はおおむね予定通りに進行できているが，次年度より研究代表者が異動するため，異動に伴い研究計画の変更が必要となる。異動に伴う本研究計画への影響を最小限とするために，研究代表者の異動先で技術開発を行い，その技術を異動元に移転して，異動元で動物実験等の実証実験を実施する環境を確保する。
装置開発に関しては前年度中におおよその見込みが立っており，動物実験に関してもすでに着手できていることから，上記の問題を解決しながら研究を継続することで，本研究計画を遂行できる見込みである。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：高感度化のための超音波センサを新規に購入する計画であったが，別の研究で使用している超音波センサを共用できることが明らかになったため，購入を見送った。
使用計画：研究代表者の異動に伴い，異動元（研究分担者が所属，動物実験を主に実施）と異動先（技術開発を主に実施）での研究を実施する必要が生じた。異動先において本研究に関連する技術開発を実施するために必要となる光音響顕微鏡装置を構築するために費用を支出する。
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