生体の非線形光学効果を用いた真皮コラーゲン線維配向のin situトモグラフィー

利用生物非线性光学效应对真皮胶原纤维取向进行原位断层扫描

基本信息

批准号：
15650094
负责人：
安井武史
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

真皮コラーゲン線維は皮膚の形態的及び機能的特性を決定する上で重要な役割を果たしていることから、その構造のin situ診断技術が臨床及び基礎医学の分野で望まれている。本研究では、コラーゲン分子自身の非線形光学特性と超短パルス光との相互作用の結果として誘起される第2高調波発生光(生体SHG光)に着目し、真皮コラーゲン線維の配向分布測定に関する研究を行った。今年度は、真皮コラーゲン線維の3次元配向分布測定を実現するため、深さ分解SHG偏光イメージングシステムを開発した。ここでは、組織深部に対しても適用が可能なように反射共焦点顕微光学系を導入することにより、面内空間分解能1.5μm、深さ分解能15μmの基本特性を得た。また、ヒト組織サンプルに応用し、硬組織において150μm、軟組織において300μmのプローブ可能深度を得た。さらに、ヒト組織サンプルにおけるコラーゲン線維配向の3次元分布測定を行ったところ、ヒト距骨では骨陵と平行なコラーゲン配向が3次元的に分布していることが確認された。一方、ヒト真皮では上層(乳頭真皮)及び下層(網状真皮)におけるコラーゲン線維構造の明確な相違を観測した。例えば、乳頭真皮ではキメの細かいコラーゲン線維構造が観察されたのに対し、網状真皮では太く発達したコラーゲン線維が縦横に絡み合って分布している様子が確認された。最後に、ヒト前腕のin situ測定を行った。その結果、レーザー安全照射レベルにおいて、表皮越しに真皮コラーゲン線維から生体SHG光を観測した。また、偏光解析イメージングの結果から、前腕が伸縮しやすい方向に沿ってコラーゲン線維が配向分布していることも確認した。これらの結果から、本手法が真皮コラーゲン線維構造のin situ診断技術として有用であるという結論を得た。

由于真皮胶原纤维在确定皮肤的形态和功能特征中发挥着重要作用，因此临床和基础医学领域需要对其结构的原位诊断技术。在本研究中，我们重点关注胶原蛋白分子本身的非线性光学特性与超短脉冲光相互作用而产生的二次谐波产生光（生物SHG光），以及测量真皮胶原纤维的取向分布的研究。我做到了。今年，我们开发了深度分辨SHG偏振成像系统，用于测量真皮胶原纤维的三维取向分布。在这里，通过引入反射共焦显微光学系统，使其能够应用于深层组织，我们获得了面内空间分辨率为1.5μm、深度分辨率为15μm的基本特性。此外，我们将该方法应用于人体组织样本，并在硬组织中获得了 150 μm 的探测深度，在软组织中获得了 300 μm 的探测深度。此外，通过测量人体组织样本中胶原纤维取向的三维分布，证实在人距骨中，平行于骨嵴的胶原取向呈三维分布。另一方面，在人类真皮中，我们观察到上层（乳头状真皮）和下层（网状真皮）之间的胶原纤维结构存在明显差异。例如，在乳头状真皮中，观察到细粒胶原纤维结构，而在网状真皮中，发现厚的、发育良好的胶原纤维相互缠绕并垂直和水平分布。最后，我们对人体前臂进行了原位测量。结果，在安全激光照射水平下，从真皮胶原纤维穿过表皮观察到生物倍频光。另外，根据椭圆偏振成像的结果，证实了胶原纤维沿着前臂扩张和收缩的方向定向和分布。从这些结果中，我们得出结论，该方法可用作真皮胶原纤维结构的原位诊断技术。