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2014 年度 実績報告書

微小電極を用いたマイクロ不可逆エレクトロポレーションの確立と歯周病治療への応用

研究課題

研究課題/領域番号 25670887
研究機関九州大学

研究代表者

藏田 耕作  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00368870)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード歯学 / 歯周病 / 不可逆エレクトロポレーション / 微小電極 / 膜破壊
研究実績の概要

本研究の目的は,電極の幾何学形状やパルス印加条件を微小化したマイクロ不可逆エレクトロポレーション(マイクロIRE)を新たに提案することにある.
平成25年度の研究では,IREの効果が最大となるような電極の幾何学形状を決めるために,電極幅に対する電極間距離の比L=0.25,0.5,1.0,1.5の4つの有限要素モデルを作成し,電界強度分布の無次元解析を行った.
平成26年度はその研究成果をもとに,実際の生体組織の表層を壊死させることを想定して有次元(電極幅および電極間距離:25~200μm)で諸条件を検討した.その結果,直径16μmの細胞を想定した場合, L=0.25の電極に安全電圧30 Vを印加することによって,表面から深さ60μmの壊死深さを得られることが明らかになった.
次に,フォトリソグラフィ法を用いて,ガラス基板上に白金薄膜からなる微小櫛形電極を実際に製作した.電極の幾何形状は,電極幅200μm,電極間距離50μm(L=0.25)とした.アガロースゲル中に線維芽細胞を分散培養させた生体模擬試料をこの微小櫛形電極に密着させ,電圧印加(電圧:30~50 V,パルス幅:10μs,パルス間隔:100 ms,印加回数:60,90回)を行った.その後,カルセインAMとヨウ化プロピジウムを用いて生細胞および死細胞をそれぞれ染色し,電極との接触面および試料深さ方向の断面を蛍光顕微鏡で観察した.その結果,電極と接触する試料表層に分布する細胞が不可逆エレクトロポレーションによって細胞死を生じていることが確認できた.壊死深さは数十μmであり,数値解析の結果と同じオーダーであった.
本研究の結果,微小電極を用いることによってIREの低電圧化を図れることが明らかになった.また,歯肉縁下の上皮組織の表層だけを壊死させたり,歯周細菌の細胞膜を電壊したりするのに本手法が有用であることが示された.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Engineering approach to irreversible electroporation2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Takamatsu, Kosaku Kurata
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th International Heat Transfer Conference

      巻: IHTC15-KN05 ページ: 1-18

    • 査読あり
  • [学会発表] Study on contact irreversible electroporation using miniature electrode2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤学
    • 学会等名
      第3回バイオメカニクス研究センター&エレクトロニクス実装学会九州支部合同研究会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-02-06
  • [学会発表] 微小表面電極による接触式不可逆エレクトロポレーションの低電圧化に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      藏田耕作
    • 学会等名
      第27回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      新潟
    • 年月日
      2015-01-10
  • [学会発表] Numerical and Experimental Studies on Irreversible Electroporation for Tumor Treatment2014

    • 著者名/発表者名
      Kosaku Kurata
    • 学会等名
      The 4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics
    • 発表場所
      三重
    • 年月日
      2014-09-04
  • [学会発表] 不可逆エレクトロポレーションが生体組織の電気的特性に与える影響2014

    • 著者名/発表者名
      藏田耕作
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2014-05-21

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公開日: 2016-06-01  

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