Online Journal
電子ジャーナル
IF値: 1.878(2021年)→1.8(2022年)

英文誌(2004-)

Journal of Medical Ultrasonics

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2018 - Vol.45

Vol.45 No.Supplement

一般口演 基礎
マイクロバブル・キャビテーション 1

(S567)

低音圧条件でのソノポレーション解明に向けた微小気泡−細胞間相互作用の高速度観察

High-speed observation of bubble-cell interaction for elucidation of sonoporation mechanisms at lower-pressure conditions

磯野 朱音, 今井 慎司, 松本 龍之介, 工藤 信樹

Akane ISONO, Shinji IMAI, Ryunosuke MATSUMOTO, Nobuki KUDO

北海道大学大学院情報科学研究科生命人間情報科学専攻

Division of Bioengineering and Bioinformatics, Graduated school of Information Science and Technology, Hokkaido University

キーワード :

【背景・目的】
我々は,気泡が細胞に付着した条件でパルス超音波を照射することで細胞に薬剤や遺伝子を導入するソノポレーションのin vivoでの実現を目的に検討を行っている.これまで,高音圧で波数の小さい超音波照射下でのソノポレーション現象を高速度観察し,細胞膜損傷には気泡の細胞への接着や複数気泡間の相互作用が重要であることを示してきた.本報告では,高い細胞膜修復率が期待される低音圧で波数の大きい条件で高速度観察し,ソノポレーションの機序を検討した結果について報告する.
【方法】
高速度カメラにはバーストイメージセンサ(FTCMOS)を装備したHPV-X2(島津製作所)を用い,毎秒500万コマの撮影速度で,256コマの明視野像を撮影した.生体を模擬する培養足場層として濃度15%のアクリルアミドゲルを用い,その上にヒト前立腺がん細胞PC-3を培養し,観察サンプルとした.作成したサンプルを水槽の底面に設けたチャンバに設置し,倒立型顕微鏡で側方観察した.観察対象は気泡が付着した細胞とし,気泡はブラウン運動をしていないもの,すなわち細胞に接着した気泡に限定した.集束型超音波振動子で発生した中心周波数 1 MHz,最大負圧0.2または0.1 MPa,波数50波のパルス超音波を照射した.細胞膜損傷の発生を蛍光試薬propidium iodideで検出した.
【結果・考察】
低音圧下での気泡−細胞間相互作用を観察した結果の一例をFig. 1に示す.(a)および(f)は静止画用CCDカメラで超音波照射前後の細胞像を,(b)-(e)は高速度カメラで超音波照射中の相互作用を撮影した結果である.(b)-(e)の左上の数字は超音波到達時刻を0 μsとしたときの相対時刻を示す.(a)照射前に気泡1があった部位(白矢頭)には(f)照射後に膜損傷(黒矢頭)がみられた.(b)-(e)では気泡1が細胞に付着したまま膨張収縮を繰り返し,数10 μsかけて細胞内部に(右側に)移動する様子が観察された.一方,気泡2(白矢頭)は膨張収縮を繰り返しながら徐々に膨張径が増加し,約40 μs後には気泡が細胞から離れていく様子が観察された.以前行った最大負圧0.6 MPaの高音圧パルスを用いた検討では,気泡が細胞から離れる動きが97%に認められたが,今回の0.1-0.2 MPaの条件では35%に低下した.しかし,細胞膜の損傷率は高音圧下では42%(8/19),低音圧下では43%(10/23)と,ほぼ同程度で,音圧によって損傷機序が異なることが示唆された.本研究の一部は科学研究費基盤研究A(17H00864)により行われた.