Quantitative study on the non-linear viscoelasticity of connective tissues using in vivo three-dimensional dynamic imaging

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結合組織の弾性や粘弾性は生体の維持に不可欠であり、その機構解明は材料工学、再生医学、疾患学において極めて重要な課題である。例えば、生体が動くには皮膚や関節の伸縮性や可動性が必要である。結合組織の主たる構成要素は膠原線維や弾性線維、そしてゲル状の基質である。膠原線維は三重鎖のコラーゲン分子が規則的に配列したコラーゲン細線維の集合体であり、束ねた紐のような構造を持つ。弾性線維はミクロフィブリルにエラスチンが沈着して形成される、ゴムのような細い線維である。これらの特性は結合組織の構造と密接に関係しており、その機構を明らかにすることは、疾病学、創傷治癒学、再生医学において極めて重要である。2023年度は引張試験特性（Toe領域・線形領域）とその構造変化に関する実験系の確立を行った。交織性線維性結合組織としてヒト皮膚サンプルを用いた。引張試験については、最大応力5Nまたは10Ｎまで一定速度で伸展負荷を与え、Toe領域および線形領域を定義した。未固定新鮮皮膚サンプルを用いて段階的に1軸または2軸伸展負荷を加えて、組織を動的に観察する多光子顕微鏡手法を確立した。近赤外領域のフェムト秒レーザー照射を用いた第二高調波発生によって膠原線維を描出する。弾性線維から発生する自家蛍光を第二高調波発生と異なる波長のフィルターによって検出する。サンプル内に埋入した微粒子を膠原線維、弾性線維とは異なる波長のフィルターで検出する。多光子イメージングを用いて、組織内の膠原線維や弾性線維の変形や運動を三次元かつダイナミックに撮影し、配向性や線維の変形度を定量解析した。