極短パルスレーザーによる生体分子認識イメージング法の開発と組織診断への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300161
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 荒木 勉 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50136214)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東野 義之 奈良県立医科大学, 医学科, 教授 (40075023) ; 安井 武史 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (70314408) ; 橋本 守 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (70237949) ; 岩田 哲郎 徳島大学, 工学部, 教授 (50304548)
• Keywords: 生体SHG光 / 非線形光学現象 / 極短パルスレーザー / コラーゲン分子 / 組織診断 / 顕微イメージング / 皮膚

Research Abstract

複雑系の中から所定の生体分子を非侵襲・非染色、生きたまま、かつリアルタイムで認識し、その形態・高次構造および変化をイメージングする技術の開発を目的としている。そこで我々は、フェムト秒レーザーなどの極短パルス光に誘起されるフォトニクス現象を統合し、ミクロレベルでの細胞・組織診断へ導入するための研究を進めた。具体的には高速レーザー誘起で現れる生体組織のナノ秒蛍光と第二高調波光(SHG光)および非線形ラマン分光法に着目した。今年度の成果は主にSHG光関係で得ており、その結果を論文にまとめ報告した(別記リスト参照)。この成果の概要を記すと次のようになる。(1)フェムト秒レーザー光(波長810nm)をコラーゲン組織に照射し、波長405nmのSHG光を発生させた。(2)偏光レーザービームで誘起されたSHG光を検光子を通じて検出することで、繊維配向を知ることが出来た。(3)この手法で照射スポット径を10ミクロンにし、皮膚真皮のコラーゲン配向のマッピングを行った。(4)配向パラメター(PA)を定義し、距骨の骨梁にあるコラーゲン繊維配向のPA分布像を得た。(5)経皮測定の評価のため、奥行き方向の分解を求めた。そのために繊維方向が空間的に直交するモデルとして、アキレス腱を2枚重ねにしたものを用いた。その結果、奥行き方向20μmの分解を持つことがわかった。(6)組織のホルマリン固定や乾燥がSHG計測に与える影響を調査した。その結果、固定はSHG信号に影響しないこと、また乾燥によって信号強度は低下するが、PA値には関与しないことが明らかになった。

Research Products

• [Publications] T.Yasui: "Characterization of collagen orientation in human dermis by two-dimensional second-harmonic-generation polarimetry"J.Biomedical Optics. 9巻,2号(印刷中). (2004)
• [Publications] 安井武史: "生体の非線形光学効果を用いた皮膚真皮コラーゲンの配向測定"日本機械学会2003年度年次大会・講演論文集(V). 49-50 (2003)
• [Publications] 安井武史: "偏光分解SHGイメージングを用したコラーゲン線維配向の分布測定"第64回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 909 (2003)
• [Publications] 安井武史: "生体の非線形光学効果を用いた組織コラーゲン線維のin situ配向分布測定"Optics Japan 2003講演予稿集. 250-251 (2003)
• [Publications] 安井武史: "第2高調波発生光の偏光分解イメージングを用いた生体内コラーゲン線維配向の分布測定"日本機械学会第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 117-118 (2004)