フェムト秒レーザーフォトニクスを利用した生体組織老化診断法の開発

光を用いた生体加齢検査法の開発を目的としている。特に本研究では生体の最も重要な組織タンパクであるコラーゲンに着目し、レーザーフォトニクスによって老化指標を得る。具体的には、フェムト秒レーザーから発せられる極短パルス光を生体組織に照射したときに得られる自己蛍光のナノ秒減衰波形と第2高調波発生光(SHG)光を利用する。本年度は下記の成果を得た。(1)別記基盤研究と関連して光老化に関する研究を進めた。特に、光老化による皮膚のしわの発生と消失について考察を行った。具体的には光老化マウス背中の真皮に極短パルスレーザー光を照射し、コラーゲン由来の偏光SHG光信号を得る。偏光信号によってコラーゲン分子方向がわかる。その結果光老化によってコラーゲン分子配列方向が変わるが、紫外線照射を中止すると、分子配列方向は徐々にコントロール群と同じになることがわかった。さらにin vivoで直接人の皮膚のSHG信号を観察することを目指し、長波長のレーザーを導入した。得られたコラーゲン分布画像について、従来のTi-サファイアレーザーで得られた画像との比較を行った。(2)加齢によるコラーゲンのメイラード反応によってコラーゲン架橋が形成される。この架橋部は短寿命の蛍光を発するとされており、蛍光寿命を指標にして老化の情報が得られる。そこで極短パルスレーザー励起による単一光子時間相関型蛍光減衰波形測定システムを構築し、in vitroでメイラード反応が加速されたコラーゲンゲルの蛍光寿命特性を調査した。その結果、リボースによる反応が蛍光寿命を短縮することを確認した。(3)単一光子時間相関型蛍光減衰波形測定システムは高精度ではあるが、検出効率が低く取り扱いが不便である。そこで位相法による時間分解蛍光測光システムを構築し、新しいアルゴリズムによって帯域制限によって歪んだ波形から真の蛍光寿命を求める手法を提案した。

光を用いた生体加齢検査法の開発を目的としている。特に本研究では生体の最も重要な組織タンパクであるコラーゲンに着目し、レーザーフォトニクスによって老化指標を得る。具体的には、フェムト秒レーザーから発せられる極短パルス光を生体組織に照射したときに得られる自己蛍光のナノ秒減衰波形と第2高調波発生光(SHG)光を利用する。本年度は下記の成果を得た。(1)別記基盤研究と関連して光老化に関する研究を進めた。特に、光老化による皮膚のしわの発生と消失について考察を行った。具体的には光老化マウス背中の真皮に極短パルスレーザー光を照射し、コラーゲン由来の偏光SHG光信号を得る。偏光信号によってコラーゲン分子方向がわかる。その結果光老化によってコラーゲン分子配列方向が変わるが、紫外線照射を中止すると、分子配列方向は徐々にコントロール群と同じになることがわかった。さらにin vivoで直接人の皮膚のSHG信号を観察することを目指し、長波長のレーザーを導入した。得られたコラーゲン分布画像について、従来のTi-サファイアレーザーで得られた画像との比較を行った。(2)加齢によるコラーゲンのメイラード反応によってコラーゲン架橋が形成される。この架橋部は短寿命の蛍光を発するとされており、蛍光寿命を指標にして老化の情報が得られる。そこで極短パルスレーザー励起による単一光子時間相関型蛍光減衰波形測定システムを構築し、in vitroでメイラード反応が加速されたコラーゲンゲルの蛍光寿命特性を調査した。その結果、リボースによる反応が蛍光寿命を短縮することを確認した。(3)単一光子時間相関型蛍光減衰波形測定システムは高精度ではあるが、検出効率が低く取り扱いが不便である。そこで位相法による時間分解蛍光測光システムを構築し、新しいアルゴリズムによって帯域制限によって歪んだ波形から真の蛍光寿命を求める手法を提案した。