高周波数超音波による血管内皮細胞のバイオメカニクスの定量的評価方法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10770303
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西條 芳文 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (00292277)
• キーワード: 超音波 / 超音波顕微鏡 / バイオメカニクス / 血管内皮細胞 / ずり応力 / エンドトキシン / 音速 / 減衰

研究概要

超音波顕微鏡は高周波数超音波を音響レンズにより集束させ、機械的走査により対象物の音響特性の2次元分布を表示することを基本原理とする。超音波は弾性波としての性質を有するため、音響特性と物理的特性とは密接な関連がある。具体的には超音波の減衰は物質の粘性に、音速は弾性に強く関係しているので、粘弾性体と仮定される細胞のバイオメカニクス計測に対して、超音波顕微鏡は非常に有効な手段となる。
本研究では使用周波数100〜200MHzの超音波顕微鏡により、血管内皮細胞の音響特性を計測した。ウシ大動脈血管内皮細胞(BAEC)に流れによる「ずり応力」を24時間与えたところ、細胞の形態は流れの方向に引き伸ばされた。超音波顕微鏡による音響的計測で、核の音速は1610m/sで不変であったが、細胞質の音速は1570m/sから1590m/sに上昇した。ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)にエンドトキシン刺激を与え、前後で超音波顕微鏡によりその形態と音響特性を計測したところ、刺激後には細胞質の減衰は上昇し、その分布は不均一になった。
これらの結果から、血管内皮細胞に対する刺激に対する反応を、超音波顕微鏡にて検出可能であることが証明された。超音波顕微鏡は、細胞に対する蛍光抗体などの前処理が不要で、細胞に非接触で計測でき、将来的にはin vivoにおいても応用可能であるため、細胞のバイオメカニクス計測に有用であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] Saijo, Y: "Brain imaging by acoustic microscopy"Eur J Ultrasound. 7(suppl 1). s55 (1998)
• [文献書誌] Saijo, Y: "Acoustic properties of atherosclerosis of human aorta obtained with high-frequency ultrasound"Ultrasound Med Biol. 24(7). 1061-1064 (1998)
• [文献書誌] Saijo, Y: "Morphological and acoustical changes of endothelium by fluid shear stress"Proc IEEE Ultrason Symp. 1998.2. 1333-1336 (1998)
• [文献書誌] Saijo, Y: "Successful closure of coronary-bronchial artery fistula with vein graft-coated stent"Catheter Cardiovasc Interv. 46(2). 214-217 (1999)
• [文献書誌] Saijo, Y: "Collagen characterization of fibrous caps in Apo-E deficient mice by acoustic microscopy"Circulation. 100(18). I-251 (1999)
• [文献書誌] Saijo, Y: "Visualization of human umbilical vein endothelial cells by acoustic microscopy"Ultrasonics. (in press). (2000)