| 研究課題/領域番号 |
19K15416
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹原 宏明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60723088)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | バイオデバイス / 埋め込みデバイス / 生体吸収性材料 |
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| 研究実績の概要 |
バイオマーカーに代表される診断に有用な分子情報を体内で直接計測する技術が確立されれば、患者個人レベルでの精密な医療や超早期診断を実現する画期的なパラダイムシフトをもたらすことが期待される。体内での分子検出の技術的な障壁は、夾雑物だらけの生体環境において、高濃度の血中タンパク質（～70 mg/mL）に起因する偽シグナルの排除と、分離・洗浄・反応工程を伴わないリアルタイム計測が不可欠な点にある。本研究では、上述の課題解決を目指し、低侵襲生体計測デバイスシステムの研究を進める。本年度は、①高濃度の血中タンパク質に起因する偽シグナルの計測への影響、及び②マイクロニードル型デバイスの形状最適化の2点について検討を実施した。高濃度の血中タンパク質に起因する偽シグナルの影響を支配する物理は、光エネルギー吸収に起因する無放射過程（熱的緩和・加熱）及び放射過程（発光・自家蛍光）である。そこで、無放射過程に関する温度変化を調査し、光照射強度の許容限界値を明らかにした。また、放射過程に起因する血液タンパク質由来の自家蛍光が生じる高夾雑環境下において、蛍光計測の検出限界を調査し、計測精度及び検出限界値を明らかにした。また、マイクロニードル型デバイスのブタ皮膚組織を用いた刺入性試験及びニードル形状の最適化について検討を進めた。有限要素法を用いた弾塑性変形シミュレーション解析により、皮膚への刺入に最適なマイクロニードル形状について解析的な検討を実施した。ニードル直径の変化による根元部の応力分布、塑性ひずみ分布を計算し、Poly(L-lactide) (PLLA)材料製マイクロニードルの臨界値直径を明らかにした。
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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
本年度の主要な成果として、低侵襲生体計測デバイスシステムの実現に向け、体内での分子検出の技術的な障壁である高濃度の血中タンパク質に起因する偽シグナルによる影響をについて、光エネルギー吸収に起因する無放射過程（熱的緩和・加熱）及び放射過程（発光・自家蛍光）の観点より明らかにした。上述の検討から得られた知見により、血液中における蛍光計測分光法を用いた物質検出の可能性が示唆された。一方、デバイス技術に関する検討についても、有限要素法を用いた弾塑性変形シミュレーション解析により、皮膚への刺入に最適なマイクロニードル形状について解析的な検討を着実に進めた。以上の進捗状況を踏まえ、当初の計画通り順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題の最終目標である低侵襲生体計測デバイスシステムの原理実証に向けて、当該技術コンセプトに基づく研究実証用小型機器を試作するとともに、血管-皮膚生体組織ファントムモデルを用いた評価を実施する。更に、低侵襲生体計測デバイスシステムに関する医療におけるユースケース調査及び有用な対象疾患に関する検討を併せて実施し、将来的な実用化への道筋をつける。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計画通りの研究実施と予算執行の中で生じた僅かな額の未執行分です。当初の研究計画通りの研究実施により執行予定です。
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