Mechanical evaluation for articular cartilage based on molecular and crystal scaled structural analysis by Raman imaging

関節軟骨の疾患である変形性関節症（Osteoarthritis: OA）は，日々の生活や外傷などによる過剰な力学的負荷が原因で発症する．高齢化が進む中で，この病態を十分に把握し，適切な診断を行うことが求められている．ラマン分光法は，光と分子振動の相互効果を利用した手法である．水分の影響を受けにくく，有機・無機両成分の成分解析を非侵襲的に解析できるという特徴をもつ．ラマンスペクトルには，測定対象の分子の種類，振動のモードがピークとして表れる．また，応力により分子間結合の強さが変化することで振動数が変化することから, ラマンシフトも変化する.本研究では，ラマンイメージングによる分子・結晶スケール構造解析に基づく関節軟骨力学機能評価法を目的とした．軟骨基質内のコラーゲン，プロテオグリカン，ミネラル結晶レベルのラマン分光構造解析手法を確立するため，各成分の力学挙動観察を可能とする圧縮負荷時ラマンイメージングによる関節軟骨分子スケール力学解析手法の開発を行った．まず，関節軟骨表面から圧縮負荷をかけ、その表面からラマンシフトを観察することを目的とし，軟骨の圧縮方向からラマンスペクトルを観察可能な装置を新たに作製した．試験片は作動実験用のメラニンスポンジおよび本試験用のブタ膝関節軟骨とした．また変性軟骨を再現するためにトリプシン溶液で変性させて試料を作製した．また計測結果の解析時間の低減のため，ラマンスペクトルからピーク情報を自動的に抽出するプログラムを作成し，大幅な解析時間短縮を実現した．本手法により，軟骨の成分の情報のみならず，その構造状態も分析することが可能あること，また健常および変性軟骨のラマンスペクトルの差を観察することが可能となり，軟骨変性の診断の可能性を確認することができた．

関節軟骨の疾患である変形性関節症（Osteoarthritis: OA）は，日々の生活や外傷などによる過剰な力学的負荷が原因で発症する．高齢化が進む中で，この病態を十分に把握し，適切な診断を行うことが求められている．ラマン分光法は，光と分子振動の相互効果を利用した手法である．水分の影響を受けにくく，有機・無機両成分の成分解析を非侵襲的に解析できるという特徴をもつ．ラマンスペクトルには，測定対象の分子の種類，振動のモードがピークとして表れる．また，応力により分子間結合の強さが変化することで振動数が変化することから, ラマンシフトも変化する.本研究では，ラマンイメージングによる分子・結晶スケール構造解析に基づく関節軟骨力学機能評価法を目的とした．軟骨基質内のコラーゲン，プロテオグリカン，ミネラル結晶レベルのラマン分光構造解析手法を確立するため，各成分の力学挙動観察を可能とする圧縮負荷時ラマンイメージングによる関節軟骨分子スケール力学解析手法の開発を行った．まず，関節軟骨表面から圧縮負荷をかけ、その表面からラマンシフトを観察することを目的とし，軟骨の圧縮方向からラマンスペクトルを観察可能な装置を新たに作製した．試験片は作動実験用のメラニンスポンジおよび本試験用のブタ膝関節軟骨とした．また変性軟骨を再現するためにトリプシン溶液で変性させて試料を作製した．また計測結果の解析時間の低減のため，ラマンスペクトルからピーク情報を自動的に抽出するプログラムを作成し，大幅な解析時間短縮を実現した．本手法により，軟骨の成分の情報のみならず，その構造状態も分析することが可能あること，また健常および変性軟骨のラマンスペクトルの差を観察することが可能となり，軟骨変性の診断の可能性を確認することができた．