| 研究課題/領域番号 |
23K25175
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03921 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90110:生体医工学関連
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| 研究機関 | 北里大学 |
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研究代表者 |
西沢 望 北里大学, 理学部, 講師 (80511261)
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| 研究分担者 |
口丸 高弘 自治医科大学, 医学部, 准教授 (10570591)
島田 周 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20609705)
田中 真二 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30253420)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | がん組織評価 / 円偏光 / 光学生検 / スキルス胃がん / 早期がん / 深達度計測 / 生体模型 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
円偏光を生体組織に照射すると主に組織内の細胞核によって多重散乱され、徐々に偏光が減衰（偏光解消）する。この偏光解消の度合いを評価することによって組織状態の差異を検出、評価することができる。本研究全体の目的は、円偏光散乱による偏光解消を利用し、無染色・非侵襲でかつ生体内その場観察が可能な新規がん検出・評価技術を創成することである。本研究課題では特に既存のイメージング技術では検出や評価が困難である①スキルス胃がんの検出、および②初期の消化器系がんの深達度（がん進行度）の定量計測の可否を実験と計算の両面から検証し、さらに③実際のがん評価素子を開発し、その機能を実証する
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| 研究実績の概要 |
本研究の目標は、生体組織中の多重散乱による円偏光の偏光解消を用いた円偏光散乱法による生体組織中のがん評価技術を確立することであり、既存のイメージング技術では検出や同定が困難な（１）瀰漫性の胃がん（スキルス胃がん）の検出、および（2）初期の消化器系がんの深達度（がん進行度）の非侵襲な定量的計測をターゲットとしている。
両ターゲットに対してシミュレーションと実験の両面から研究を遂行した。シミュレーションでは単純化した生体組織モデルに対して偏光散乱を計算し検出の可否を検討した。また実験では、それぞれ以下の通り生体組織を準備し計測、検出の可否を検証した。
（１）シミュレーションでは組織内のがん細胞の割合に応じた偏光度の変化が示され、がん細胞の割合20％以上であれば検出が可能であることが示唆された。この計算結果を実証すべくスキルス胃がんのモデルマウスの胃検体を準備し、現在円偏光照射、検出実験を進めている。今後、がん細胞比の高いと考えられる点を特定と断面組織観察との対比を進めてる予定である。
（２）シミュレーションでは波長600 nmおよび950 nm円偏光を照射した際にがん層の厚さに対して増減が逆になるふるまいが得られ、1.5mm程度までの厚さのがんを定量的に計測できることが示唆された。実験では、マウスから正常組織と腫瘍組織を重ねて人工的に2層構造としてたがん／正常組織を準備し、表層からのがん層厚0.5 mmおよび1.0 mmの検体に対して円偏光散乱を測定した。その結果、がん層厚に応じた散乱光偏光度の変化が観測され、変化の傾向はシミュレーションの結果とよく一致した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
（１）スキルス胃がんに対するシミュレーションは順調に進み、組織内のがん細胞の比率に応じた散乱光の円偏光度の変化が得られており、スキルス胃がん検出が示唆される結果が示された。実験においてもスキルス胃がん検体の準備、測定が順調に進み、予定よりも早く円偏光照射実験の実施に到達した。まだ断面組織観察との対応が取られていないが、スキルス胃がんが生じていると思わる箇所の特定に至った点は大きな進展である。しかしながら、測定時間の経過に伴い、検体表面の乾燥が予期していたよりも早く、手動操作が多い既存の測定システムでは表面状態の経時変化が結果に大きく寄与してしまうことが判明した。そのため、ラインスキャン、エリアスキャンなどの測定プログラムの自動化が望まれ、現在その準備を進めている。
（２）深達度計測に対するシミュレーションでは、600nmと950nmでがん層厚に依存した円偏光度変化が逆向きになる振る舞いがえられ、高精度な測定を示唆する結果が示された。実験では、マウスから正常組織と腫瘍組織を重ねて人工的に2層構造としてたがん／正常組織を準備し、表層からのがん層厚0.5 mmおよび1.0 mmの検体に対して円偏光散乱を測定した。その結果、がん層厚に応じた散乱光偏光度の変化が観測され、変化の傾向はシミュレーションの結果とよく一致した。しかしながら、検出角依存性ではシミュレーションで示された系統的な変化の計測には至っていない。これは、検出角変化に対して焦点位置の補正が充分でないためと考えられ、光学系の改良が必要である。
また、生体模型による実証および内視鏡搭載型がん評価素子の試作については装置や設備の準備を進めている段階である。
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| 今後の研究の推進方策 |
生体試料に対する実験では、焦点位置の補正も含めたラインスキャン、エリアスキャンなどの測定プログラムの自動化をすすめ、検体・生体試料の経時変化による寄与を可能な限り抑制する。試料を固定するステージを自動ステージに置換し、自動プログラムを構築する。また表面の乾燥を防ぐため光学素子に影響しない範囲で適宜アルコールを噴霧できる機構も作製する。これらの後に、円偏光照射実験と検体の断面組織評価のサイクルを確立し、円滑化することで検体数を増やし、包括的な考察に結びつける。
一方で、今年度中に生体模型作製のための装置および設備の準備をすすめ、模型材料の選定も行った。次年度はこれらを基に模型作製プロセスを確立し、スキルス胃がんおよび初期胃がんの光学生体模型を作製する。系統的にパラメーターを変化させた模型の作成および実験を推し進め、生体試料に対する実験と対比をおこなう。
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