Development of Technology for Evaluation of Intracellular Dynamics of Contrast Agents Targeting Cancer by Ultra-high Resolution Hybrid Photoacoustic / Optical Imaging

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本研究の目的は，細胞レベルの光音響イメージングを実現することで癌細胞に対する造影剤の機能性や毒性をマルチモーダルに評価する新規技術を確立することである．これまでに細胞イメージングに特化した透過型光音響顕微鏡システムを開発し，サブミクロン分解能で細胞内の光吸収体分布の可視化した．一方，開発した装置では光吸収体の細胞内局在が不明確な点，機械スキャンによって撮像速度が遅くなる点が，今後の医学応用の際の課題として挙げられた．そこで本年度は，これまで開発した光音響顕微鏡の基礎医学的応用を促進するために，次の二つの軸で装置の改良を行った．：①細胞の形態情報の追加取得のための光学・光音響ハイブリッド顕微鏡システムの開発．②対象のリアルタイムイメージングを実現するための高速撮像光音響顕微鏡システムの開発．①においては，これまで開発した透過型光音響顕微鏡の下部に白色光源およびCMOSカメラを追加設置・光軸調整を行い，光音響画像と光学画像が同軸・同位置で取得できるハイブリッド顕微鏡システムを構築した．方位分解能計測・細胞（赤血球・メラノーマ細胞）イメージングによってその性能を検証し，1μmより優れた方位分解能で細胞の形態情報とその内部に分布した光吸収体の情報の対応付けを可能にした．・②においては，MEMSミラーを用いてレーザ照射ビームと音響受信ビームを同軸で高速スキャンする高速撮像光音響顕微鏡システムを構築した．また，ミラーの高速走査に由来して発生する非線形空間歪みを簡便・性格に補正する3次元画像処理手法を新たに提案・実装した．これにより，生体内の毛細血管といった細胞レベルの対象物を，32秒の撮像時間 (2×4 mm，従来の機械スキャンより50倍以上高速) で鮮明にイメージングできることを実証した．