ハイスピ-ド画像処理装置を用いた不整脈発生機序の生理学的・形態学的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02670159
• 研究機関: 京都府立医科大学
• 研究代表者: 高松 哲郎 京都府立医科大学, 医学部, 助教授 (40154900)
• キーワード: 不整脈 / 心筋細胞 / カルシウム波 / 共焦点レ-ザ走査型顕微鏡 / 画像処理

研究概要

ヒトの心臓死の大きな割合を占める不整脈発生の機序を細胞レベルで検討するため、病的心筋細胞内で生じるであろう不均一な現象を画像として促えることのできるシステムを開発し、単離心筋細胞をカルシウム過負荷の状態にして生じるカルシウム波をモデルに、電気生理学的解明だけでなく、発生時の形態学的変化をも捉えることを目的とした。
開発したのは、高速の画像入力が可能な2つのカメラとpipeline systemを持つ画像処理システムと速いカルシウムイオンの変化に対応できる倒立型共焦点レ-ザ走査顕微鏡システムである。これらのシステムの開発によって初めて単離心筋細胞における速い細胞内カルシウム濃度の変化を捉えることができ、次の結果を得た。
心筋細胞を脱分極状態に保つことによって細胞の様々な場所からカルシウム波が生じた。カルシウム波は、急峻な立ち上がり(約10ミクロンの間に500nMから1200nMにそのカルシウム濃度が上昇する)と緩やかな下降脚というプロファ-ルと一定の速度(100μm/sec前後)を持つことが分かった。さらに、走査時間、共焦点レ-ザ走査型顕微鏡・画像処理装置間のインタ-フェイス、正確なステ-ジ動作、減衰や迷光の少ない光路系等を改良することによって、細胞内カルシウム濃度の測定がミリ秒単位で可能となり、このカルシウム波は、一度生じると細胞内だけではなく近接した細胞にも伝播することができ、そのスピ-トやプロフィ-ルはその間ほとんど変わらないことが分かった。
これらの結果は、病的心筋細胞内で生じるであろう不均一な現象を細胞の形態変化とカルシウム等機能分子の空間的・濃度的変化について同時に知ることができることを意味しており、不整脈発生の機序を細胞レベルで捉えるという当初の目標は達成したと思われる。

研究成果

• [文献書誌] Tetsuro Takamatsu,Tetsuhiro Minamikawa,Hideyuki Kawachi and Setsuya Fujita: "Imaging of Calcium Wave Propagation in GuineaーPig Ventricular Cell Pairs by Confocal Laser Scanning Microscopy" CELL STRUCTURE AND FUNCTION. 16. 341-346 (1991)
• [文献書誌] Tetsuhiro Minamikawa,Tetsuro Takamatsu and Setsuya Fujita: "Application of Laser Microtomography to in Situ ThreeーDimensional Subcellular Morphology" ACTA HISTOCHEM.CYTOCHEM.24. 55-60 (1991)
• [文献書誌] Tetsuhiro Minamikawa,Tetsuro Takamatsu and Setsuya Fujita: "Laser Microtomographyー3D Presentation and HighーTemporal Resolution Imaging" ACTA HISTOCHEM.CYTOCHEM.24. 349-352 (1991)
• [文献書誌] 高松 哲郎,南川 哲寛,藤田 晢也: "細胞の動的断層像がとれる共焦点レ-ザ高速走査顕微鏡" 組織培養. 16. 430-433 (1990)
• [文献書誌] 南川 哲寛,高松 哲郎,河内 秀幸,藤田 晢也: "共焦点レ-ザ走査顕微鏡を用いた単離心筋細胞のカルシウム波の解析法" 医学のあゆみ. 155. 473-474 (1990)
• [文献書誌] 河内 秀幸,南川 哲寛,高松 哲郎,藤田 晢也: "高速走査共焦点レ-ザ顕微鏡による心室筋対細胞間のカルシウム波伝播の解析" 心筋の構造と代謝. 13. 63-67 (1990)
• [文献書誌] 藤田 晢也,高松 哲郎,南川 哲寛: "限界を超える生物顕微鏡(宝谷 紘一,木下 一彦編)4章立体断面を見る(共焦点レ-ザ-走査蛍光顕微鏡)" 学会出版センタ-, 177 (1991)
• [文献書誌] 高松 哲郎,南川 哲寛,藤田 晢也: "組織細胞化学 レ-ザ顕微鏡の原理,技術と医学生物学への応用" 学際企画, 196 (1991)