ミクロ・ナノ熱工学によるがんの早期診断と低侵襲治療

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04273
• 研究機関: 八戸工業高等専門学校
• 研究代表者: 圓山 重直 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80173962)
• 研究分担者: 櫻井 篤 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20529614) ; 小玉 哲也 東北大学, 医工学研究科, 教授 (40271986) ; 藤村 卓 東北大学, 大学病院, 講師 (50396496) ; 小宮 敦樹 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60371142) ; 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (70241578) ; 岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161) ; 岡部 孝裕 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (70772713) ; 井関 祐也 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00780222) ; 古川 琢磨 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (80818518)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 生体伝熱 / サーミスタプローブ / 熱伝導率測定 / 皮膚がん / レーザー加熱

研究実績の概要

（１）皮膚がん計測プローブの開発について：本研究期間では，熱伝導率定量測定プローブを用い，皮膚がんの熱伝導率の臨床測定を行った．臨床研究の結果，皮膚がんの進行度に応じて熱伝導率が変動することが明らかとなった．これまで数値解析実験から熱伝導率が皮膚がんの進行度に応じて変動することは明らかとなっていたが，本研究期間において臨床研究の観点から世界で初めて実証することができた．また本熱伝導率の変化は癌による新規血管形成に応じた皮膚がん付近の血液流量の変化によるものであることが示唆された．本研究の新規展開として，表皮皮膚がんの熱伝導率測定を可能にするダブル温度パルスが発振型測定プローブの設計案を考案し，今後の研究計画を新たに立案した．
（２）レーザー加熱療法に関する研究について：本研究期間ではレーザー加熱療法における高温場領域が生体組織の光学物性で計測可能かを評価するために，数値解析を用いた数値解析実験を行った．解析では散乱係数，吸収係数を変化させ，これら物性値が温度場に与える影響を評価した．解析の結果，散乱係数および吸収係数を制御すれば1mm-2mm程度でレーザー加熱による高温部分を制御できることが明らかとなった．レーザー加熱療法に必要となる事項を考慮した実験システムを構築した．またレーザー加熱療法における内部温度分布の測定に必要な非接触温度場可視化システムの測定システムを構築しその有用性も評価した．

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

本研究期間においては信頼される臨床データから熱伝導率測定による皮膚がんの同定することが明らかとなった．また皮膚がんの進行度に応じた熱伝導率変化も測定することができ，レーザー加熱療法に関しては，数値解析による定量評価がされており光学物性によるレーザー加熱の制御可能性を評価することができた．以上述べた項目から本研究期間で達成した目標は概ね達成できたといえる．

今後の研究の推進方策

今後はダブル温度パルスが発振可能な熱伝導率測定プローブの設計指針を固めていく予定である．従来のプローブの改善点を洗い出すために数点の従来プローブの測定システムを構築する予定である．構築した従来プローブの計測システムを機械的，電気的観点から評価し，新規プローブの設計指針を確立する．また従来の計測プローブを用いた臨床研究による測定データを蓄積して，皮膚がん進行度と熱伝導率との相関データをビッグデータ化していく予定である．

研究成果

• [雑誌論文] First-in-human clinical study of novel technique to diagnose malignant melanoma via thermal conductivity measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: Okabe T, Fujimura T, Okajima J, Kambayashi Y, Aiba S, Maruyama S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40444-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BRAF kinase inhibitors for treatment of melanoma: developments from early-stage animal studies to Phase II clinical trials (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimura T, Hidaka T, Kambayashi Y, Aiba S
  • 雑誌名: Expert Opin Investig Drugs 巻: 28 ページ: 143-148
  • DOI: 10.1080/13543784.2019.1558442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-invasive Measurement of Effective Thermal Conductivity of Human Skin with a Guard-heated Thermistor Probe (2018)
  • 著者名/発表者名: Okabe T, Fujimura T, Okajima J, Aiba S, Maruyama S.
  • 雑誌名: Int. J Heat Mass Trans 巻: 126 ページ: 625-635
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.06.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Serum Level of Soluble CD163 May Be a Predictive Marker of the Effectiveness of Nivolumab in Patients With Advanced Cutaneous Melanoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimura T, Sato Y, Tanita K, Kambayashi Y, Otsuka A, Fujisawa Y, Yoshino K, Matsushita S, Funakoshi T, Hata H, Yamamoto Y, Uchi H, Nonomura Y, Tanaka R, Aoki M, Imafuku K, Okuhira H, Wada N, Irie H, Hidaka T, Hashimoto A, Aiba S.
  • 雑誌名: Front Oncol 巻: 19 ページ: 530
  • DOI: 10.3389/fonc.2018.00530
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minocycline decreases Th2 chemokines from M2 macrophages: Possible mechanisms for the suppression of bullous pemphigoid by traditional bullous disease drugs (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanita K, Fujimura T, Sato Y, Lyu C, Aiba S.
  • 雑誌名: Exp Dermatol 巻: 27 ページ: 1268-1272
  • DOI: 10.1111/exd.13779
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three patients with advanced cutaneous angiosarcoma treated with eribulin: investigation of serum soluble CD163 and chemokine (C-X-C motif) ligand 10 as possible biomarkers predicting the biological behaviour of angiosarcoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimura T, Sato Y, Kambayashi Y, Tanita K, Tsukada A, Terui H, Hashimoto A, Aiba S.
  • 雑誌名: Br J Dermatol 巻: 6 ページ: 1392-1395
  • DOI: 10.1111/bjd.16676
  • 査読あり