2014 Fiscal Year Research-status Report
低出力レーザーおよびLEDによる心拍の光制御に関する基礎的研究
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26350548
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| Research Institution | Soka University |
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Principal Investigator |
木暮 信一 創価大学, 工学部, 教授 (10133448)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 心電図 / 心臓の自動性 / 低出力レーザー / LED |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初本年度は｢アフリカツメガエルの心臓の自動性に対する低出力レーザー照射(LLI)効果の分子メカニズムの解明｣をテーマに実施する予定であったが、平成27年度のテーマ｢アフリカツメガエルの心臓の自動性に対するLED効果の解明｣を先行させて行うこととした。
【方法】低温麻酔下で脊髄・脳破壊を行い、特注製品のLEDプローブ(青・緑・赤LED：それぞれ31個、0-1 mW/cm2、0-25000 Lux)を用いて、開胸して直視下においた心臓全体を4 cm上から照射した。心室の左右端からECGを90分間記録し、照射開始時の心拍数を100%として、10分ごとにその変化を計測した。その減少は指数関数でフィットさせることができた(R2>0.8500)。
【結果】非照射群(n=14)をコントロールとしたが、30分、60分、90分後にそれぞれ84±12、69±32、65±14%と徐々に減少した。照度を3000 Luxにそろえた場合、青・緑・赤LED照射群の90分後の心拍はそれぞれ79±9(n=5)、82±6(n=4)、78±15%(n=5)となり、いずれもコントロール群の値を超えるものであった。緑LEDの場合だけ有意であった(p<0.05)。青LEDで1190 Luxの場合(n=5)は90分後に45±18%と低下した。緑LEDで9310 Luxの場合(n=4)は90分後に75±22%と維持する傾向を示した。赤LEDで5800 Luxの場合(n=5)は90分後に40±3%と有意に減少させた(p<0.05)。
【考察および展望】各LED特性の関係で照度をそろえる実験が一通りであったので、現時点ではそれぞれの照射効果の傾向性を特定できない。しかし、LLIで示した緑と赤の心停止までの時間を延長、短縮させるという相反的効果はLEDでも再現されるのではないかと考えている。生化学的解析などは次年度に行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
【年度テーマの交代】当初のテーマ｢アフリカツメガエルの心臓の自動性に対する低出力レーザー照射(LLI)効果の分子メカニズムの解明｣を遂行するために、ランゲンドルフ灌流装置に替えて「八木式カニューレ」での灌流実験を行った。アフリカツメガエルの心臓摘出は困難で、ほとんど標本作製に失敗した。ウシガエルなど血管の太いかえるを用いることも考えたが、その場合、従来の低出力レーザー照射実験からやり直すことになり、その転換は見合わせた。そのため平成27年度のテーマを先行させた次第である。
【特注LEDプローブ】適当なLEDプローブがないので特注品を頼んだが、その完成が遅れ十分な実験数をこなすところまで至らなかった。再度、高輝度LEDを用いたプローブが年度末にできたので、次年度において照度や出力をそろえて波長による効果の違いを明らかにすることが可能になったと考えている。もう一点、LED照射プローブには難点がある。それは集光性の問題である。心臓全体を照射することは可能であるが、照射領域を心臓全体ないしは心臓の局所に絞る必要がある。現在、レンズ系を用いた集光可能なプローブを考案中である。次年度ではそれを用いて検討したいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
【平成27年度の研究推進方策：LED照射実験】
レンズ系を用いて集光性を調節できるLED照射装置を6月末までに完成させる。高輝度LEDおよび集光レンズを用いることにより、照度(Lux)とパワー(mW)をそれぞれ5段階でそろえることが可能になる。それぞれn=5以上の実験を繰り返すことにより、心臓の自動性に対する青・緑・赤LEDの照射効果の違いを明らかにすることができる。ECGの心拍数/minに注目して解析してきたが、平成27年度よりECGの波形変化、すなわち波形の極性やQRS波およびQRS-T波間の間隔変化にも注目して解析を進める。
【平成27年度の研究推進方策：生化学的解析】
①ATP解析：非照射群および90分照射後の心臓を摘出し、瞬間凍結してからホモジネートを作製する。ATP/ADP ratio assay kit(EnzyLightTM, BioAssay Systems, CA, USA)を用いて、それぞれの照射群ごとにATPレベルを計測する。
②ミトコンドリア形態および膜電位の観測：心筋培養細胞を用いて、非照射群および90分照射群のミトコンドリア形態をMitoTrackerで、また膜電位はJC-1で染色して蛍光観察する。顆粒型ミトコンドリア数が多ければ、また赤色発色領域が広ければミトコンドリアは活性化されていると考えられるので、画像解析によってそれらを定量化する。
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| Causes of Carryover |
カエル心臓の「ランゲンドルフ灌流装置」(95万円)の購入を見合わせた結果、ほぼ同額の次年度使用額が生じた。
｢ランゲンドルフ灌流装置｣を用いた課題遂行に関しては、｢八木式カニューレ｣を用いて行うこととし、心臓摘出標本作製の手技精度を高めることに努める。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は次年度の集光調整機能付きLED照射装置(青・緑・赤LEDプローブそれぞれ1台ずつ、電源付き)にあてがわれる。これは特注製品であり、レンズ系を用いた集光装置にどれほど費用がかかるか正確には予測できないが、それぞれ30万円以内で作製してもらう予定である。不足分は次年度物品費で補填する。
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