レーザー・アブレージョン・ドラグ・デリバリー法の開発とその衝撃波工学的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355009
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193)
• 研究分担者: 齋藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652) ; 高橋 明 東北大学, 医学系研究科, 教授 (40301048) ; 和田 仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30111264)
• キーワード: 衝撃波 / ドラグデリバリー / 衝撃波医療 / レーザー・アブレージョン / 極超音速ストークス流れ / 遺伝子導入 / 微小衝突孔 / 数値模擬

研究概要

衝撃波研究センターでは、衝撃波の医療応用を目指し体外衝撃波結石破砕装置の開発、脳血栓血行再建術の開発を進めてきた。これらの衝撃波医療では衝撃波現象が各々重要な役割を果たしている。金属膜にパルスレーザーを照射すると金属表面は非常に高温になり、レーザー照射方向に金属プラズマがジェットとなって噴出し、これをアブレージョンと呼ぶ。このとき金属中には衝撃波が伝播し、衝撃波がレーザー照射面の反対側で膨張波となって反射する。この効果で金属膜は非常に高速で張り出すので、もし金属膜に微粒子を貼付けると、微粒子を1-2km/sで打ち出すことができる。この原理を利用して、微粒薬剤を生体に導入することができ、同時にこの装置を内視鏡に組み込んで遺伝子を塗布した金属微粒子を生体の広い部位に導入できる。Q-スイッチNd : YAGレーザーを厚さ5mmの透明なガラス板で裏打ちした0.1mm厚のアルミ箔に集光し、裏に貼付けた直径1ミクロンのタングステンおよび金粒子を秒速2km/sに加速し、寒天層、ネズミ肝臓、ネズミ表皮に貫入させ、最深貰通深さ6mmを得た。この方法を遊離細胞溶液に適用したところタングステン粒子は細胞を貫いた。これらの知見から、この方法は機械的な遺伝子導入法として有効に機能するばかりでなく従来技術の欠点を補い臨床治療装置に実用できることを確認した。また、微粒子の飛行と貫通の数値模擬を実施し工学的な実証を行った。
本研究は当初目標を達成し、基礎データーを集積した。医学者との連携で治療装置設計を目指す実用研究が進行中である。

研究成果

• [文献書誌] T.Hirano, M.Komatsu, H.Uenohara, A.Takahashi, K.Takayama: "A novel Method of Drug Delivery for Fibrinolysis with Ho : YAG Laser-Induced Liquid Jet"Lasers Med. Sci.. 17. 165-172 (2002)
• [文献書誌] A.Nakagawa, Y.Kusaka, M.Komatsu et al.: "Application of shock wave for cranioplasty, In vivo study on rat calvarium and basic study for irradiating shock wave on the brain"Acta of bioengineering and Biomechanics. 4. 178-179 (2002)
• [文献書誌] T.Hirano, H.Uenohara, A.Nakagawa, K.Takayama et al.: "Holomium YAG laser-induced liquid jet dissector, A novel tyoe device for dissecting organs without imparing vessels"Min Invas Neurosurg. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Atsuhiro Nakagawa, Takayuki Hirano, Makoto Komatsu, Mariko Sato, et al.: "Holomiun : YAG Laser-Induced Liquid Jet Knife : Possible Novel Method for Dissection"Lasers in Surgery and Medicine. 31・2. 129-135 (2002)
• [文献書誌] 佐藤真理子, 中川敦寛, 平野孝幸, 上ノ原広司, 高山和喜: "レーザー誘起水ジェットとその応用に関する研究"平成14年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 341-342 (2003)
• [文献書誌] 中川敦寛, 平野孝幸, 上ノ原広司, 齋藤務, 高山和喜: "衝撃波による圧依存性脳損傷に関する組織学的検討"平成14年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 417-420 (2003)