成果報告書詳細
管理番号20100000001983
タイトル平成18年度-平成21年度成果報告書 再生医療評価研究開発事業/三次元複合臓器構造体研究開発
公開日2010/11/10
報告書年度2006 - 2009
委託先名国立大学法人東北大学大学院医工学研究科
プロジェクト番号P06043
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
和文要約本プロジェクトの目的の1つは、超音波により対象となる構造体の三次元構造を観察する三次元超音波顕微鏡を開発することである。もう1つの目的は、超音波プローブを対象組織に接触させ、超音波の反射の大きさを精密計測することで、対象の音響インピーダンスを計測する超音波インピーダンス計を開発することである。
開発した三次元超音波顕微鏡により、従来の皮膚科領域の超音波診断における表皮/真皮/皮下組織の鑑別にとどまらず、皮膚表面下の肌理の可視化、毛・毛包および微小血管の可視化など、皮膚の微細立体構造を詳細に可視化する方法を確立した。また、受信超音波信号の解析により、真皮のコラーゲン線維の弾性について定性的評価を行った。さらに、京都大学で開発されている皮膚モデルに三次元超音波顕微鏡を適用することで、作製された皮膚組織の厚みの培養状態における計測、基質となるコラーゲンスポンジの立体構造の可視化、コラーゲンスポンジと産生されたコラーゲン線維および弾性線維の定性的鑑別を行った。
軟骨の評価については、東京大学で開発した再生骨・軟骨組織の三次元超音波顕微鏡による観察を行った。また、ラットの顎関節の軟骨組織において、軟骨組織の発達と音速上昇の関係を明らかにした。さらに、大阪大学で開発した軟骨組織を生体に植え込んだ後の特性について従来型超音波顕微鏡で評価し、組織成熟に伴って音速が一定レベルまで上昇し、組織の保持に十分な弾性に達することが示された。
一方、皮膚の弾性を評価可能な超音波インピーダンス計により生体皮膚組織の超音波インピーダンスを計測し、その値と従来のバイオメカニクス的手法による皮膚の弾性計測と比較検討し、その有用性を確認した。
本プロジェクトの開発成果により、作製過程あるいは移植後生体内での変化が連続モニタリング可能な非侵襲的評価法の開発が実現し、最新の材料・生物化学と三次元造型技術、非侵襲評価技術を駆使して、形態的にも機能的にも生態に類似した三次元複合臓器構造体を実現するというプロジェクト全体の目標達成に寄与することができた。
英文要約Title:Health Comfort program / Research and development of regenerative medicine evaluation / Research and Development of Three-dimensional Complex Organ Structures (FY2006-FY2009) Final Report
The objectives of the project are to visualize three-dimensional (3D) structure of the regenerated tissue by developing 3D acoustic microscopy and to assess the tissue elasticity by measuring specific acoustic impedance of the tissue. For skin imaging, the developed 3D acoustic microscope was capable of visualizing grain of the tissue texture beneath the skin surface, hair, hair follicle and micro vessels in the dermis. The resolution was beyond conventional ultrasound imaging in clinical dermatology that can only distinguish three-layered structure of the epidermis / dermis / subdermis. Collagen fiber elasticity of the dermis was qualitatively assessed by analyzing reflected ultrasound. Under collaborative research with Kyoto University, the thickness of the regenerated skin model was measured noninvasively. Three-dimensional structure of the substrate collagen sponge was clearly visualized and regenerated collagen fiber and elastic fiber were classified by their echo patterns. Bone-cartilage complex generated at University of Tokyo was visualized by 3D acoustic microscopy. The acoustic properties of the cartilage in the mandible joint of the rat were measured by conventional acoustic microscope. The result showed that the sound speed increased as the development of the joint. The acoustic properties of the regenerated cartilage implanted at porcine knee joint at Osaka University were measured by conventional acoustic microscopy. The result indicated that the maturation of the cartilage had strong correlation with increase of sound speed. As the sound speed is closely correlated with elasticity, the ultrasound technique is useful to assess tissue biomechanics. For the elasticity measurements of human skin, specific acoustic impedance was measured by attaching the ultrasound impedance meter onto the skin surface. The results were compared with the conventional biomechanical aspiration method. The efficiency of the newly-developed system was confirmed. Non-invasive evaluation method for continuous monitoring during production process and after implantation was achieved by the results of the project. The method contributed to the final goal of the whole project to realize structures that are morphologically and functionally similar to those of a living body three-dimensional organ complex.
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