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NO, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR), OAPI (BF, BJ, CF, 添付公開書類 : CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, _ 国際調査報告条約第条 TG).

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Academic year: 2021

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(1)

(12) 特許協力条約に基づ て公開さ

れ

た国際出願 (19) 世界 知的所有 権機関 国際事務局 (10) 国際公開番号 Ittnensy (43)国際公開日 2010 年 9月16 日(16.09.2010)

W O 2010/103661 A l

(51) 国際特 許 分類 r J J 広小 路 上る梶井町4 6 5

A61B 10/00(2006.01) GOlN21/65(2006.01) J - 学 内 Kyoto(JP).

(21) 国際 出願 番 号 PCT/JP2009/054930 (74) 理人:特 許業務法人三 枝国際特 許 事 務所

(Sae-usa & Partners); 〒5410045 大 阪 府 大 阪市 中央区 (22) 国際 出願日 2009 年3月 13 日(13.03.2009) 道 修町1 - 7 - 1 北浜T N K ビル Osaka (JP).

(25) 国際 出願の言語: 日木語

(81) 定国( 表示のな 限り、全ての種類の国 内保

(26) 国際公開の言語: 日木語 護 可 ) :AE, AG, AL, AM, Aの, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BH, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR,

(71) 出願人(米国を除<全ての指定国につ1 て) :京 CU, CZ, DE, DK, DM, Dの, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB,

都府公立大学法人 (KYOTO PREFECTURAL PUB¬ GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, LIC UNIVERSITY CORPORATION) [JP/JP]; T KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LA, LC, LK, LR, LS,

6028566 京都府京都市 上京区河原町通広小 路 上 LT, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX,

る梶井町4 6 5番地 (JP). MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT,

(72) 発明者;および RO, RS, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY,

TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, (75) 発明者/ 願人 (米国につ1 てのみ) :高松 哲郎

ZA, ZM, ZW.

(TAKAMATSU, Tetsuro) [JP/JP1; 〒602084 1 京都府

京都市 上京区河原町通広小 路上る梶井町4 6 (84) 指定国(表示のな 限り、全ての種類の広域保 番地 京都府立医科大学 内 Kyoto (JP)・小 貢 護 可 ) :ARIPO (BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ,

(OGAWA, Mitsugu) [JP/JP1; 〒6020841 京都府京都 NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW), --Lーラシア

市 上京区河原町通広小 路 上る梶井町4 6 5 番 (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU,TJ,TM), ヨーロ ツ/

地 京都府立医 科大学 内 Kyoto (JP)・原田 義 規 (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, (HARADA, Yoshinori) [JP/JP]; 〒6020841 京都府京 GR, HR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MK, MT, NL,

[続,冗葉 有]

(54) Title:BODY TISSUE IMAGING USING RAMAN SCATTERING LIGHT

(54)発明の名 称 ラマ ン散 乱 を用 た生体組織 イメー ジ ング

(57) Abstract: Disclosed are a method of noninvasively imaging a tissue (in particular, a cardiac tissue) in real time and an apparatus

B therefor. A method of imaging a sample, which contains a myocar dial tissue and a blood vessel and/or a collagen-rich region, com

prising the following steps (1) to (3): (1) a step of irradiating the sample, which contains a myocardial tissue and a blood vessel and/or a collagen-rich region, with an exciting light; (2) a step of detecting Raman scattering light from the sample; and (3) a step of analyzing the Raman scattering light thus detected with the use of Raman scattering spectra specific to myocardial cells and erythro cytes and/or collagen as indications and thus imaging the same.

、心臓組織) を非 にイメー ジ ン グする 目的とする 。 本 発 1 ) b筋組織 チ領域とを含む試 該試 料からのラ ) 該 検出されたラ 球及び/ 又はコラー ク トル と を指 標 とし む、心筋組織 と血 領域とを含む試 料 を る 。 600 800 1000 1200 1400 1600 Ram n shi ( c 1)

(2)

NO,PL, PT, RO,SE, SI, SK, TR), OAPI(BF,BJ, CF, 添付公開書類:

CG, CI, CM,GA, GN, GQ,GW, ML, MR, NE,SN, TD, _

(3)

明

細

苫

ラ

マ

ン

散 乱

を用

い

た生

体

組織イ

メ

ージ

ン

グ

技

術分野

0001 本発明は、生体組織

か

らのラマン散 乱スペクトルを利用 して生体組織を

ィ

メージン グ

す

る方法に関

す

る。また本発明は、ラマン散 乱スペクトルを利用 した生体組織の

ィ

メージング

す

るための装置に関

す

る。

背

景

技

術

0002 組織

ィ

メージングは、その組織を構成

す

る様々な細胞

や

その他 のコンポーネントの 分布を知る上で不可欠である。従来、心筋の組織 像を評価

す

る手段として心筋生検 がある。し

か

し、心筋生検 では、標本の固定、染色が必要であり、そのためにリアルタ

ィ

ムに解析 して像 を作ることは不可能である。また、心臓組織を傷

つ

けてしまうとレぢ 問題もある。磁気共

鳴

画像 ( ) 法は心臓の機能

や

構 造に関

す

る情報を得るため に使 用さ

れ

るが、組織 像の変化に某づ

い

た情報ではな

い

。例えば、正常な心筋 細胞

か

らなる領城と虚 血により心筋 細胞が壊 死して線維組織によ

っ

て置換さ

れ

た領城とを 明確 に識別

す

ることはできな

い

。 0003

一

方、ラマン分光法は振動型分光法の

一

形態であり、分子中の化学結 合の直接 の 情報を提供

す

る。ラマン分光法では、人射 光により誘起さ

れ

る振動の特 典的なエネ ルギー変化をスペクトルとしてプロット

す

ることができ、こ

れ

によ

っ

て無染色で物質を特 定

す

ることができる。このようなラマン分光法の特性 を利用 した

ィ

メージング方法

や

装 置が開発さ

れ

て

い

る(特許文献 及び

2 )

。医療分野におけるラマン分光法を使

っ

た 最近の研究では、がん (非特許文献 )、アテローム性動脈 硬化症 (非特許文献

2 )

ヘモグロビンの酸 素飽 和 (非特許文献

3 )

の診断などの組織診断に焦点があてら

れ

て きた。し

か

し、こ

れ

らの研究は、単に標的組織のラマンスペクトルを解析

す

るに留まり、 病変部位 を視 覚的に識別

す

るために

ィ

メージングを試

み

たものではな

い

。このように ラマン分光法を利用 した

ィ

メージングに関

す

る研究は進めら

れ

て

い

るものの、内臓組 織を構成

す

る様々な細胞のコンポーネントを分析可能 な

ィ

メージングに応 用 した例は 報告さ

れ

て

い

な

い

。

(4)

特井文献1 特開2000 09号公報 特井文献2 特開2007 4735 0号公報 非特井文献 ak a A・ e a ( 2006) Cance Res V o 6 6 3 31 7

22

非特井文献2 M o z ・T e a ( 2006) B o ed O p Vo 021003 非特井文献3 T o e s h o ・P e a ( 2008) App h so 104 1809

7

発

明の開

ぅ示

発

明

が

解

央

し

ようと

す

る

課

足頁 0004

かか

る現 状の下、本発明は、組織(特に、心臓組織)を非侵 襲的に、且

つ

、リアルタ イムにイメーシンク

す

る方怯及ひ装置を提供

す

ることを目的と

す

る。

課

題 を

角榊央

す

る

ための

手

段

0005 本発明者らは、上記探題を解決

す

へく鋭首研究を重ね、( )ラマン分光怯にょり心 臓における心筋 細胞と血 球とを、各々に固有 のスペクトルパターンに某

つい

て識別

す

ることか可能てあり、心筋 細胞

か

らなる領城と血管とを含

む

試科に

つい

て、両組織 を明瞭に区別したイメーシンクか可能てあること、(2 )酸素化型の赤血 球と脱酸 素ィヒ 型の赤血 球とを各々に固有 のラマンスペクトルに某

つい

て識別

す

ることかてき、こ

れ

らを明瞭に区別してイメーシンク

す

ることか可能てあること、(3) 心筋梗塞を起 こした 心臓の組織

か

ら得ら

れ

るラマン散 乱光を解析

す

ることにょり、心筋 細胞か壊 死して線 維組織化した領城と正常な心筋 細胞

か

らなる領城とを明瞭に区別してイメーシンク

す

ることか可能てあることを見出した。こ

れ

らの知 見に某

つ

き、本発明者らは史 なる検 討を重ね、非侵 襲的、且

つ

、リアルタイムに、正常な心筋 細胞

か

らなる領城とコラーケ ンリノチな領城と血管とを視 覚的に識別可能 な状態て明瞭にイメーシンク

す

ることを 可能にし、本発明を完成

す

るに至

っ

た。即ち、本発明は、以下の態様の発 明を提供

す

る。 0006 項 ・以下の工程( )

~

(3) ( )心筋組織と血管及ひ 又はコラーケンリノチ領城とを含

む

試科に励起光を照射

す

る工程 , (2 )核試科

か

らのラマン散 乱光を検出

す

る工程 , (3) 核 検出さ

れ

たラマン散 乱光を、心筋 細胞と赤血 球 及ひ 又はコラーケンに特徴

(5)

的なラマン散 乱スペクトルとを指標として解析 し、画像化

す

る工程 を含

む

、心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領城とを含

む

試料をイメージン グ

す

る方法。 0007 項

2

・ラマン散 乱光検出手段により検出さ

れ

た、心筋組織と血管及び 又はコラー ゲンリッチ領城とを含

む

試料

か

らのラマン散 乱光を、心筋 細胞と赤血 球 及び 又はコ ラーゲンに特徴的なラマン散 乱スペクトルとを指標として解析 し、画像処理

す

る工程 を含

む

、心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領域とを含

む

試料をイメージン グ

す

る方法。 0008 項

3

・

ラ

試料が、虚血を起 こした心臓又はその

一

部である、項 又は

2

に記載の方 法。 0009 項

4

・心筋 細胞に特徴的なラマン散 乱スペクトルが、シトクロムに起因

す

るラマン散 乱スペクトルである、請 求 項

~

3

の

い

ず

れか

に記載の方法。 0010 項5・赤血 球に特徴的なラマン散 乱スペクトルが、ヘモグロビンに起因

す

るラマン散 乱スペクトルである、項

~

3

の

い

ず

れか

に記載の方法。 0011 項6・ヘモグロビンに起因

す

るラマン散 乱スペクトルが、酸素化型ヘモグロビン及び 又は脱酸 素化型ヘモグロビンに起因

す

るラマン散 乱スペクトルである、項

4

に記載 の方法。 0012 項7・励起光が、 の波長 を有

す

る、請 求 項 に記載の方法。 0013 項8・(

)

心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領城とを含

む

領城 を含

む

試 料に励起光を照射

す

る手段、( ) 前記試料

か

らのラマン散 乱光を検出

す

る手段、(

C

) 該検出したラマン散 乱光を心筋 細胞と赤血 球 及び 又はコラーゲンに特徴的なラ マン散 乱スペクトルを指標として画像処理

す

る手段、を備 える心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領城とを含

む

試料をイメージング

す

るためのイメージング装置。 0014 項

9

・血管を含

む

試料

か

ら得ら

れ

たラマン散 乱光に

つい

て、酸素化型赤血 球に固 有のラマンスペクトルと脱酸 素化型 赤血 球に固有なラマンスペクトルとを指標として解 析

す

る工程を含

む

、当該試料を動脈と静脈とを視 覚的に区別してイメージング

す

る方 法。

発

明の効果

(6)

0015 本発明によれば、非侵 襲的に、且

つ

、リアルタイムに、正常な 心筋 細胞

か

らなる領 城とコラーゲンリッチな領 域と血管とを明確 に区別して心臓の組織をイメージング

す

る ことが可能である。よ

っ

て、本発明のイメージング方法を用

い

ることにより、虚血に陥

っ

た心臓にお

い

て、正常に機能

す

る領城と心筋 細胞が壊 死して線維化 した領城とを的 確 に見分 けることが可能となる。また、本発明により、心臓における血管の存在を明 瞭に判別

す

ることができる。よ

っ

て、本発明の方法を用

い

て、心筋梗塞を起 こした心 臓における血管の有無を調べることが可能であり、そ

れ

を治療の手段

や

計画の決定 に役立てることができる。

図

面

の

簡

単

な

説

明

0016 図 図 は、代 表的な生きたままの心筋 細胞の細胞質と

へ

ムタンパク質のラマンスペ クトルの測定に関

す

る。図 は、摘出した心臓全体と光学系のセッティングの模式 図を示

す

。図 は、心外膜下領城の自家蛍光イメージを示

す

。図

C

は、図 中の アスタリスクで示さ

れ

た(a) 心筋 細胞(レーザーパワー

2

0

W

、照射時間 5秒)、(

b )

還 元型シトクロム

b5

( 50は

)

及び(c) 還 元型シトクロムc(

2 5

は

)

のラマンスペクト ル(レーザーパワー 5

W

、照射時間

0

秒)を示

す

。ここで、 は心筋 細胞であり 、a・

u

・は任 意 の単位 を示

す

。 図2 図

2

は、生きた 臓の心筋 細胞と血管のラマンイメージに関

す

る。図

2

は、(a) 心筋 細胞、(

b )

酸素化型赤血 球 及び(c) 脱酸 素化型赤血 球 のラマンスペクト ルを示

す

。赤血 球 のラマンスペクトルはレーザーパワー

2

W

で照射時間

3

秒で得ら

れ

た。図

2

は、代 表的試料中で心臓 表 面

か

ら得ら

れ

た自己蛍光イメージを示

す

。四 角で囲ま

れ

た領城はラマンイメージが得ら

れ

た領城 を示して

い

る。図

2C

は、ラマンバ ンドイメージを示

す

。図

2

は、(a) 第 、(

b )

第

2

、(c) 第

3

主成分ス コアイメージ (左 :5 6

96

ピクセル)と各々の主成分スペクトル(右) を示

す

。イメージのための試料はレー ザーパワー

2

W

で5 6ラインで照明さ

れ

た。そ

れ

ぞ

れ

のラインの照射時間は5秒で 全体の照射時間は

28

0秒である。スケールバーは

2

0

C

は心筋 細胞を示し、 は血 管 を示し、a・

u

・は任 意 の単位 を示

す

。 図3 図

3

は、心筋梗塞領城の代 表的な凍結 融解セクション中の心筋 細胞とコラーゲ ンのラマンイメージに関

す

る。図

3

は、凍結 融解セクションの

へ

マトキシリンエオシン

(7)

染色を示

す

。図

3

は、マノソントリクロム染色による心筋梗塞の境 界領 城 のイメーシ を示

す

。図

3C

は、図

3

のホノクスて囲ま

れ

た領城の高解像イメーシを示

す

。図

3

は、図

3C

と同し領 城 の白色光イメーシを示

す

。図

3

は、図

3

のアスタリスクに示

す

線維性 の組織 (上)と1型コラーケンのラマンスペクトル(下) を示

す

。図

3

は、第

2

主 成分ス コアイメーシ (左) ( 08 7 9ピクセル)とその主成分スペクトル(右) を示

す

。こ のイメーシは図

3

て示さ

れ

た領城 をレーザーパワー 0

W

て 08ラインに照明さ

れ

ることて得ら

れ

た。そ

れ

そ

れ

のラインの照射時間は5秒て全体の照射時間は54 0秒 てあ

っ

た。スケールハ ー は5 0は

(

)

2

0は

(C

, ,

)

てある。

C

は心筋 細 胞を示し、 は線維化した組織を示し、

C

は、コラーケンを示し、a・

u

・は任首の卓 位 を示

す

。 図4 図

4

は、生きたまま調製さ

れ

た心筋梗塞領城における心筋 細胞とコラーケンのラ マンイメーシを示

す

。図

4

は、第

2

主成分ス コアイメーシ (60 5 0ピクセル)と同し代 表的な試科の白色光イメーシとの融合 写真を示

す

。トノトて示さ

れ

たラインは心筋 細 胞の輪 郭 を示して

い

る。図

4

は、第2主成分スペクトルを示

す

。試科はレーザーパワ ー

W

て6 0ラインに照明さ

れ

た。そ

れ

そ

れ

のラインの照射時間は5秒て全体の 照射時間は

3

00秒てある。

C

、心筋 細胞。 は線維化した組織を示し、スケール ハ ー は

2

/ てある。

発

明を

実

施

す

る

ための最

良

の形

態

0017 以下、本発明を祥 細に説 明

す

るか、本発明は、以下に説 明さ

れ

る特定の実施形態 に限定さ

れ

るものてはな

い

。また当業者てあ

れ

は、以下に説 明

す

る実施形態の各 要 素を本発 明の範囲内にお

い

て容易に変 更

す

ることか可能てある。 0018

一

実施形態にお

い

て、本発明は、以下の工程 ( )

~

(3) を含

む

、心筋組織と血管 及ひ 又はコラーケンリノチ領城とを含

む

試科をイメーシンク

す

る方怯てある。 ( )心筋組織と血管及ひ 又はコラーケンリノチ領城とを含

む

試科に励起光を照射

す

る工程 , (

2 )

核試科

か

らのラマン散 乱光を検出

す

る工程 , (3) 核検出さ

れ

たラマン散 乱光を、心筋 細胞と赤血 球 及ひ 又はコラーケンに特徴 的なラマン散 乱スペクトルとを指標として解析 し、画像化

す

る工程。

(8)

0019 本実施形態における、イメージング対象は、心筋組織と血管及び 又はコラーゲン リッチ領城とを含

む

試料である。好ましくは、当該試料は心臓の全体又は

一

部である 。本発明の方法 は、主として正常な心筋 細胞

か

らなる領城と心筋 細胞が壊 死した領 城とを明瞭に区別

す

ることができるため、虚血に陥

っ

た心臓の診断に役立てることが できる。このよぅな観点

か

ら、イメージングに供

す

る試料は、虚 血 を起 こした心臓の全 体又は

一

部である。具体的には、虚血により狭心症、心筋梗塞、心不全、及び不整 脈を起 こした心臓である。心臓の

一

部をイメージングの対象と

す

る場合、その部分 は 当業者が適宜決定

す

ることができる。例えば、心電図

や

の結 果

か

ら決定さ

れ

た 部位 をイメージング

す

ることができる。 0020 コラーゲンリッチ領城とほ、心筋 細胞が壊 死して網維化した結 果、正常に機能

す

る 心筋 細胞

か

ら成る領城と比較してコラーゲンの存在比率が高

い

領城 である。線維化 の程度に関

す

る定義に

つい

ては、議論のあるところではあるが、本発明にお

い

ては にお

い

て心室壁内5 0 以上が線維に置換さ

れ

て

い

るところをコラーゲンリッチ 領城と定義

す

ることができる。よ

っ

て、コラーゲンリッチ領城とは、心臓にお

い

て心筋 細胞が脱落し、心筋組織がその機能を失

っ

た領城 である。こ

れ

に対 し、正常領 城とは 心臓にお

い

て正常な心筋 細胞が機能して

い

る領城 を意 味

す

る。また、血管とは心筋 内を走行

す

る任 意の血 管 を意 味し、動脈及び静脈の

い

ず

れ

も含 ま

れ

る。特に、心筋 細胞 近傍に存在

す

る小血管のイメージングは組織 細胞レベルの代謝を見る上で重 要である。 0021 該試料は、心筋組織と血管とを含

む

ものであ

っ

ても、心筋組織とコラーゲンリッチ領 城 を含

む

ものであ

っ

てもよ

い

。好まし

い一

実施形態にお

い

て、該試料は、心筋組織、 血管及びコラーゲンリッチ領城 を含

む

。また、他の実施形態にお

い

て、該試料は、血 管とコラーゲンリッチ領城 を含

む

ものであ

っ

てもよ

い

。該試料には、心筋組織、コラー ゲンリッチ領城及び血管の他に、他の細胞

や

組織が含 ま

れ

て

い

てもよ

い

。例えば、炎 症 細胞、脂肪組織が含 ま

れ

てもよ

い

。 002 2 本実施形態のイメージング方法は、上記のよぅな試料に励起光を照射

す

る工程を 含む。励起光は、試料に照射

す

ることによ

っ

て試料を構成

す

る物質 に固有 のラマン 散 乱光を生じるレーザ光である。励起光は、当該技術 分野にお

い

て使用さ

れ

る任 意

(9)

の励起光を使用

す

ることかてき、心筋 細胞と血管とコラーケンとを識別

す

るために適 したラマンスペクトルを得る観点

か

ら適正選 択

す

ることかてきる。よ

っ

て、励起光の波 長は特に制限さ

れ

な

い

か、好ましくは

へ

ム蛋白の共㎎波長400

~

600 てあり、より 好ましくは500

~

600 てある。特に好ましくは、5 32 の

Gレ

ーザを使 用

す

ることかてきる。 002 3 試科に励起光を照射

す

るための手段は、ラマン分光怯にお

い

て通常用

い

ら

れ

る、 レーザ光を発

す

る手段てあ

れ

は特に制限なく使用

す

ることかてきる。 002 4 本実施形態のイメーシンク方怯は、次

い

て、試科

か

ら発

せ

ら

れ

るラマン散 乱光を検 出

す

る工程を含

む

。ラマン散 乱光を検出

す

る手段は、ラマン散 乱光を検出し、そ

れ

を 画像化処理

す

るための信号に変換

す

ることか可能 なものてあ

れ

は特に制限さ

れ

す

、 当核分野にお

い

て公知 の検出手段を適正選 択して使 用

す

ることかてきる。例えは、 受光素子かマトリクス上に配列さ

れ

た工リアセンザを検出手段として使 用

す

ることかて きる。より具体的には、画素かアレイ状に配置さ

れ

た二次元C C をラマン散 乱光の 検出手段として好適に使 用

す

ることかてきる。 002 5 好まし

い

実施形態にお

い

ては、試科

か

らのラマン散 乱光は、その検出に先立

っ

て、 タイクロイノクフィルタ等により励起光と同し波長 を有

す

る反射 光と分離さ

れ

る。さらに 、分離さ

れ

たラマン散 乱光は、回折格子

や

ブリスム

か

ら成る分光素子によ

っ

て光 の波 長に応 して空間的に分光さ

れ

る。分光さ

れ

たラマン散 乱光は上述のよぅな検出手段 にお

い

てラマンスペクトルを表

す

信号に変換さ

れ

、パーソナルコンピ

ュ

ータ等の解析 手段に出力さ

れ

る。 002 6 本実施形態のイメーシンク方怯は、さらに検出さ

れ

たラマン散 乱光

か

ら得ら

れ

たス ペクトル情報を、パーソナルコンピ

ュ

ータ等の解析手段に記惜さ

れ

た心筋 細胞、赤血 球及ひ 又はコラーケンに特徴的なラマンスペクトルを指標として解析さ

れ

、画像化 さ

れ

る。解析及ひ画像化は、当核技術 分野に公知 のソフトウ

ェ

アを用

い

てパ ーソナル コンピ

ュ

ータ等によ

っ

て処理さ

れ

る。例えは、 (Ma hwo ks社)を用

い

て解 析し画像化

す

ることかてきる。 002 7 心筋 細胞に特徴的なラマンスペクトルとは、心筋 細胞に対 して励起光を照射して得 ら

れ

る、心筋 細胞に固有 のラマン散 乱光のスペクトルてある。同様に、赤血 球に特徴

(10)

的なラマンスペクトルとは、赤血 球に対 して励起光を照射して得ら

れ

る、赤血 球に固 有のラマン散 乱光のスペクトルであり、コラーゲンに特徴的なラマンスペクトルとは、コ ラーゲンに励起光を照射して得ら

れ

る、コラーゲンに固有なラマン散 乱光のスペクト ルである。赤血 球は、酸素化型赤血 球と脱酸 素化型 赤血 球との

い

ず

れ

であ

っ

てもよ

い

。試料に含 ま

れ

る血管に

つい

て、動脈

か

静脈

か

を識別

す

る場合は、酸素化型赤血 球及び脱酸 素化型 赤血 球に特徴的なラマンスペクトルを各々の指標として使 用

す

る ことができる。 0028 心筋 細胞に特徴的なラマンスペクトルを指標として解析

す

るとは、心筋 細胞に特徴 的なスペクトルと合致

す

るラマンスペクトルを示

す

ラマン散 乱光が得ら

れ

る

か

否

か

によ

っ

て、そのラマン散 乱光を発

す

る試料中の部位が心筋 細胞である

か

判定

す

るとレぢこ とである。同様に、試料中の特 定 の部位が血管に相当

す

る

か

どぅ

か

は、試料

か

らのラ マン散 乱光が赤血 球に固有 のラマンスペクトルを示

す

か

否

か

によ

っ

て判定さ

れ

る。コ ラーゲンリッチ領城に

つい

ても同様に、コラーゲンに特徴的なスペクトルを示

す

ラマン 散 乱光を放

つか

否

か

によ

っ

て判定さ

れ

る。 0029 心筋 細胞に特徴的なラマンスペクトルの

一

例は、実施例

(

図

)

に示さ

れ

る。図 に 示さ

れ

るよぅに、心筋 細胞を のレーザ光で励起した場合のラマンシフト

75

c

3

0

c

、及び

58

2

c

におけるピークを指標と

す

ることができる。実施例 に記載さ

れ

るよぅに、前記のラマンシフトのビークパターンは、心筋 細胞中のシトクロ ムに起因

す

るものである。酸素化型赤血 球 及び脱酸 素化型 赤血 球に特徴的なラマ ンスペクトルの

一

例は、実施例

2

(

図

2 )

に示さ

れ

る。図

2に

示さ

れ

るよぅに、酸化型赤 血 球を のレーザ光で励起した場合のラマンシフト

37

c

582

c

及 び

637

c

におけるピークを指標と

す

ることができる。また、還 元型赤血 球 を

53

2

のレーザ光で励起した場合のラマンシフト

355

c

545 c

及び

6

0

。

におけるピークを指標と

す

ることもできる。こ

れ

らのラマンシフトのビークパターンは 、赤血 球中の

へ

モグロビンの存在に起因して

い

る。コラーゲンに特徴的なラマンスペ クトルの

一

例は、実施例

3

(

図

3 )

に示さ

れ

る。本発明では、こ

れ

らのスペクトルを使用

す

ることにより、正常な心筋組織と血管とコラーゲンリッチな領域とを明瞭に区分 けし てイメージング

す

ることができる。

(11)

0030 イメージングの対象となる試料全体

か

ら得ら

れ

るラマンスペクトルの分布は、解析手 段として主成分分析 を用

い

て実施さ

れ

る。 0031 主成分分析 は多変呈解析 の

一つ

であり、複数の観測変数

か

ら、そ

れ

を要 約

す

る合 成変数

(

主成分と呼ぶ

)

を作り出

す

分析 法である。従

っ

て、ラマンスペクトルの解析 に お

い

ては、イメージング対象

か

ら得ら

れ

る複数のラマンスペクトル

か

ら、その試料の

い

く

つか

の成分を特徴づけるスペクトル形体を抽 出

す

る目的で使用

す

ることができる。 主成分 の計算原理としては、(1) 全ての変数を標 準化

す

る、(2)情報のロスを最小限 に

す

るために、主成分 の分散値が最大になるよぅに、主成分 の軸を設定し、さらに主 成分 同上の相関を

0

に

す

る、(3) 決 定さ

れ

た主成分 の分散が大き

い

順に第 主成分、 第

2

主成分、第

3

主成分と

す

る、(4) 主成分の軸 に対応

す

る重

み

係数を最小 二乗法 を用

い

て計 算

す

る。このよぅにして得ら

れ

た主成分スペクトルに対

す

る、個々のラマン スペクトルの得点

(

主成分ス コア

)

を計 算し、この値をプロットし画像化

す

る。 0032 以上に説 明した、試料への励起光の照射、試料

か

らのラマン散 乱光の検出、検出 さ

れ

たラマン散 乱光のラマンスペクトル信号への変換、及びラマンスペクトルの解析 及び画像化とぅ

一

連の工程は、例えば、特開

2

00

7

47357

に記載さ

れ

る方法

や

市販さ

れ

て

い

るラマン分光イメージング装置

(

例えば、ナノフオ トン社製のラマン顕微 鏡

)

を用

い

て行ぅことができる。 0033

一

実施形態にお

い

て本発 明は、ラマン散 乱光検出手段により検出さ

れ

た、心筋組 織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領城とを含

む

試料

か

らのラマン散 乱光を、心筋 細胞と赤血 球 及び 又はコラーゲンに特徴的なラマン散 乱スペクトルとを指標として 解析 し、画像処理

す

る工程を含

む

、心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領 城とを含

む

試料をイメージング

す

る方法である。本実施形態の方法 は、ラマン散 乱光 として得ら

れ

る情報を解析処理して、当該 光の発信源である試料を画像として表示

す

る方法である。本実施形態における方法は、上述

す

る実施形態の説 明に従

っ

て実施

す

ることができる。 0034

一

実施形態にお

い

て、本発明は、

(

)

心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ 領域とを含む領域を含む試料に励起光を照射

す

る手段、

(

)

前記試料

か

らのラマン 散 乱光を検出

す

る手段、

(

C )

該検出したラマン散 乱光を心筋 細胞と赤血 球 及び 又

(12)

はコラーゲンに特徴的なラマン散 乱スペクトルを指標として画像処理

す

る手段、を備 える心筋組織と血管及び 又はコラーゲンリッチ領城とを含

む

試料をイメージング

す

るためのイメージング装置である。本発明のイメージング装置における (

)

励起光照 射手段、( )ラマン散 乱光検出手段、及び(C )画像処理手段は、某本的には当該技 術 分野にお

い

て公知 のラマン分光法を領したイメージング装置にお

い

て用

い

ら

れ

る 手段をそのまま又は適宜改良を加えて使用

す

ることができる。好ましくは、(

)

励起 光照射手段及び( )ラマン散乱光検出手段は、外科手術時に心臓に対してレーザ 光の照射し、心臓

か

らのラマン散 乱光を検出

す

ると

い

ぅ観点

か

ら、

い

ず

れ

も細長

い

ア ームの先端でレーザ光の放出及びラマン散 乱光の検出ができる形 状を有

す

る。

実

施

例

003 5 以下、実施例 を参照して本発 明を更に具体的に説 明

す

るが 、本発明は以下の特 定 の実施例に限定さ

れ

るものではな

い

。 003 6 試験例 ガ

,

硫柚突み祀

刊

十

ガ

,

臓モデルの調製 後述

す

る実施例 で使用 した検体は、次のよぅにして作成さ

れ

た。心臓全体の検体( 二 2 )は、 00 酸素供給下で全身麻酔の下、若

い

成体ウィスターラット(体重2 50 00、雌)

か

ら取り出さ

れ

た。下大静脈

か

ら塩化カリウム (0 2 )を投 与して心 筋 細胞の収縮を止めた後、心臓

か

らの

す

べての血 管 を結 紮し、血液で冠 状 血 管 を満 たして心臓を摘出した。心臓はタイロード溶 液(4oC

7 4)

に静置し摘出後の代謝 分解 を最小限にした。酸素化型の血液 及び脱酸 素化型の血液 は、各々3匹のラット の左心房及び

石

心房

か

ら得た。 003 7 心筋梗塞は3 3匹のラットの左下行冠 状動脈を完全に結 紮

す

ることで作製さ

れ

た。2 8 日後に20匹の生存ラット

か

ら心臓を慎 重に摘出した。 2個の心臓を即座に液体空 素で凍 結し、検証まで Cで保 存した。残る8

つ

の心臓は生きたまま調製さ

れ

た。 凍結ザンプルは5 は の厚さのセクションにクリオスタット( E C A

w e z e

e man ) でスライスした。ラマン分析 のザンプルは0・ 7 の厚さの石英ガラス(Ma s n a m、 大 阪、日本)に載

せ

ら

れ

、 のP S(

7

4 ) で湿

っ

た状態に保た

れ

た。ヘマト キシリン

ェ

オシン染色とマッソントリクロム染色を用

い

て切 片 の組織を確認 した。生き た心臓は横 方向に切ら

れ

梗塞領城は肉眼で確認さ

れ

た。そ

れ

らは

~

2 の厚さ

(13)

のスライスに切断さ

れ

た。生きた試科を用

い

た後述の試験は、摘出後 時間以内に完

了

した。

003 8 宝怖 例 心筋 細胞の細胞

宵

のラマンスペクトル

生きたまま調製さ

れ

た損傷のな e x

v

voL臓の心外膜下

か

ら得ら

れ

た心筋 細胞の 細胞質 のラマンスペクトルをレーザーラマンコンフ

ォ

ーカル顕 版鏡(RA MAN Nan

opho on、大 阪、日本)を用

い

て側定した。取り出さ

れ

た心臓を顕微鏡のステーシ上の 石英某盤の上に置

い

た後、心筋 細胞を確甜

す

るために、自家蛍光画像を利用 した。 自家蛍光は、3 3 0

~

波長て励起し、4 2 0 波長以上て検出した(図 ) こ

れ

により心筋 細胞を同定し、焦点を合わ

せ

た後、フイルターを変 更しラマンスペクト ルを採取した(図 C )。レーザー強度は W、照射時間は5 秒 てあ

っ

た。使用 した 顕微鏡の構 造 は

a ada

Y e a 2 008

oc

P E Vo 6853 685308に図示さ

れ

て

い

る。心筋 細胞のラマンスペクトルは、レぺ

つか

のラ マンハントを含

み

、主として6 00 643 69 0751 1003 1130 117 1 1307 1336 1356 1396 14 5 0 1582 1657 2854 及ひ2932 Cm

・

てある( ) その中て 7 51(v 5 mode) 1130(v 2 2 mode) 及 ひ 1582 (v g mode) Cm か

へ

ムタンパク質の中心にあるボルフイリン環

か

ら生した 特定の振動モートと考えら

れ

る。ヘムタンパク質の中ても、還 元型のシトクロム

b 5

及 ひc のピークか心筋 細胞のピークとよく対応

す

る。シトクロム

b 5

及ひc は、代 表的な

へ

ムタンパク質て電子吸収帯の

一つ

てあるぽ ハ ントを52 0

~

波長にも

つ

。ミオ ク ロヒンは本実施例の条件下ては心筋 細胞のスペクトルにほとんと寄与して

い

な

い

と 考えら

れ

る。な

せ

なら、光乖離現象によ

っ

てオキシミオク ロヒンのラマンスペクトルを 得ることか難し

い

ことと、テオキシミオク ロヒンはスペクトルのパターンに違

い

かある

か

らてある。 003 9 実施例2 生きたe x

v

voガ

,

臓の心筋 胞と 管 のラマン細織イメーシ シトクロムのラマンスペクトルは、ヘモク ロヒンのラマンスペクトルと多くの共通 点を有

す

る。ヘモク ロヒンによる心筋 細胞のシトクロムの検出に

干

渉

す

る可能性 を除外

す

る ためには、心臓組織中の二

つ

の

へ

ムタンパク質を分別

す

る必要かある。酸素化型及 ひ脱酸 素化型 赤血 球は、そ

れ

そ

れ

左心房及ひ右心房

か

ら、ヘパリン入りシリンシに 採取した。そ

れ

そ

れ

少呈を石英某盤 上に摘下し、自家蛍光画像て赤血 球 の形態を

(14)

確認 し、 。図2 は心筋 細胞、酸素化型赤血 球 及び脱酸 素ィヒ型赤血 球に 。こ

れ

らの特徴的なラ マンバンドは よく対応

す

る。特に 4モード(酸素化マーカーバンド、135 0

138

0Cm レンジ)及び v gと v 0モード(1500

165

0Cm レンジ)に対応 したバンドである。こ

れ

らのラマン バンドは赤血 球 中の

へ

モグロビン

か

ら生じて

い

る。図2 Bは心外膜下の心筋 細胞とそ の近傍の小血管の 日家蛍光画像である。自家蛍光は、3 30

~

波長 で励起し 4 20 波長以上で検出した。図2 Cは図2 で示さ

れ

た心外膜下傾城

か

ら得ら

れ

た そ

れ

ぞ

れ

の特徴的なラマンバンドでのラマンバンドイメージを示して

い

る。心筋 細胞を 表

す

1 13 0(v 2 2) Cm

・

とオキシヘモグロビンを表

す

1582 (v 9 )及び 1637 (v 0)Cm とは、別 々にイメージさ

れ

得るが、デオキシヘモグロビン単独 でイメージ

す

ることは、 オキシヘモグロビンの1582 Cm でのバンドの裾 の部 分で邪魔さ

れ

るため不可能であ る。オキシ及びデオキシヘモグロビンの両者が 1545 Cm のバンドを指標と

す

ることで 画像ィヒさ

れ

る。 スペクトルの差典 を同定し、同定さ

れ

た多数のバンドを化学マッピングのために使 用

す

るため、同じ領城

か

ら得ら

れ

た5264 (56 9 4ピクセル)個のラマンスペクトルに

つい

て主成分分析(P C )が行 わ

れ

た。P C は、MAT AB (Ma hwo ks Na ck Ma s s)とNanophoton ソフトウ

ェ

アを用

い

て行 わ

れ

、大きなイメージデ ータの中

か

ら意味の ある内在

す

る変数を同定した。そ

れ

ぞ

れ

の主成分( C )スペクトルに対応

す

る Cス コ アを、イメージ中の個々のラマンスペクトルにお

い

て計 算した。そのス コアを正と負で 分離し、空間情報を与えプロットし、画像化を図

っ

た。このス コアイメージはイメージ処 理ソフトウ

ェ

ア( m a g e J Na ona n s u e s O ea h)を用

い

て行

っ

た。第 主成分が 心筋 細胞のスペクトルを抽 出し、そのス コアイメージは心筋 細胞そ

れ

自体の存在を示 した。第2主成分ス コアイメージと主成分スペクトルに示さ

れ

るように、還 元型のb 及び c型シトクロム(75 1及び 1 13 0Cm

・

)を含んで

い

る心筋 細胞と

へ

モグロビン(1545 15 8 2 16 01,及び 1637 Cm ) (図2Db)で満たさ

れ

た周りにある 、さな血管を同定

す

ることが できた。興味深

い

ことに第3主成分ス コアイメージと主成分スペクトルは典なる状態の

へ

モグロビンを表して

い

た。オキシ(137 1 1582 ,及び 1637 Cm

・

)及びデオキシ(1355

参照

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