別紙様式 2( 第 3 条関係 ) No.1 光科学研究科光科学専攻学籍番号 :D 学位論文要旨氏名 : 伊藤哲平赤外イメージング赤外二色性イメージングによる新規骨形態計測法の開発と慢性腎臓病の病態解析研究背景骨の健康指標である骨強度は原発性骨粗鬆症や骨軟化症など骨疾患

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ありさうとだ
5 years ago
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1 博士学位論文要旨等の公表学位規則 ( 昭和 28 年 4 月 1 日文部省令第 9 号 ) 第 8 条に基づき当該博士の学位の授与に係る論文の内容の要旨及び論文審査の結果の要旨を公表する氏名伊藤哲平学位の種類博士 ( 理工学 ) 報告番号甲第 21 号学位授与の要件学位規程第 4 条第 2 項該当学位授与年月日平成 30 年 3 月 17 日学位論文題目赤外イメージング赤外二色性イメージングによる新規骨形態計測法の開発と慢性腎臓病の病態解析論文審査委員主査教授木村 - 須田廣美委員教授下村政嗣委員教授大越研人

2 別紙様式 2( 第 3 条関係 ) No.1 光科学研究科光科学専攻学籍番号 :D 学位論文要旨氏名 : 伊藤哲平赤外イメージング赤外二色性イメージングによる新規骨形態計測法の開発と慢性腎臓病の病態解析研究背景骨の健康指標である骨強度は原発性骨粗鬆症や骨軟化症など骨疾患の他糖尿病高血圧慢性腎臓病に伴うミネラル代謝異常により低下することが知られている骨強度の評価は骨密度を計測することが最も有用な手段であると考えられていたが 2001 年 NIH Consensus Conference において骨強度には骨密度が 70% と骨質 ( 構造特性材質特性 ) が 30% 程度反映されると定義されてからは骨質に関する基礎研究が盛んに行われるようになり従来は材料解析に用いられてきた機器分析を採用した骨質評価法が注目されるようになった我々はこれまで赤外イメージングやラマンイメージングを用いた骨質解析を行ってきたしかしながら得られた骨質データは必ずしも骨強度と強い相関関係にはなく骨質の新規計測解析法の開発が課題となったそこで本研究では骨成分であるコラーゲン線維と骨アパタイト ( 主にヒドロキシアパタイト ) の配向性に着目し赤外二色性イメージングによるコラーゲン線維と骨アパタイトの配向性評価法の開発および従来法と配向性評価法を駆使した慢性腎臓病 (CKD) モデルラットの病態解析を行ったまた試料調整によって生じる骨の変性を最小限に留め調整時間短縮と低コストを目的とした凍結切片作製法の開発も行った動物および実験方法赤外二色性イメージングによるコラーゲン線維と骨アパタイトの配向性評価法の開発では生後 16 日と週齢の雄 SD ラットの大腿骨を用い週齢に伴う骨アパタイトとコラーゲン線維配向性の変化について検討した安楽死後に摘出した大腿骨はポリメタクリル酸メチル (PMMA) による包埋を施し 3 m の薄切片にした赤外二色性イメージングでは赤外イメージング装置に偏光子設置し回転角 0 と 90 で各薄切片を透過法と反射法で測定したコラーゲン線維と骨アパタイトの配向性はそれぞれアミド I とリン酸の赤外吸収バンドを使った赤外二色性イメージから得たまた赤外イメージングにより石灰化度炭酸塩含有率結晶化度結晶成熟度も求めた CKD の病態解析では 7 週齢の SD ラット雄に 5/6 腎摘出術を施した高回転型および 5/6 腎摘出術と副甲状腺摘出術を施した低回転型 CKD モデルを作製した各ラットは P と Ca の量を調整した飼料を与え 18 週間飼育した後安楽死させ大腿骨を摘出した骨質評価には赤外イメージング赤外二色性イメージングを行った新規凍結切片作製法ではポリプロピレン (PP) フィルに接着剤を塗布し凍結切片をフィルムに固定した赤外イメージングでは試料が固定された PP フィルムの接着面を BaF2 基板と合わせて測定を行った千歳科学技術大学大学院光科学研究科

3 別紙様式 2( 第 3 条関係 ) 結果と考察赤外二色性イメージングによるコラーゲン線維と骨アパタイトの配向性評価法の開発 No.2 週齢の異なるラット大腿骨の骨質を比較した結果石灰化度と結晶化度は週齢に伴って有意に増加した一方炭酸含有率は 16 日から 6 週齢の間に減少結晶成熟度はその間向上したが共にそれ以降有意な差は認められなかった骨軸に沿ったコラーゲン線維の配向は 12 週齢の骨幹中央部において認められ 33 週齢に著しく向上したことから週齢に伴うコラーゲン線維配向性向上が確認されたラット大腿骨の骨強度は週齢に伴って増加することからコラーゲン線維の配向性は骨強度に影響を及ぼすと考えられる一方骨アパタイトの配向性を検討するためにリン酸バンドを波形処理により 7 成分に分け各成分とコラーゲン線維の配向性を比較検討したその結果低結晶性アパタイトの配向性はコラーゲン線維とよく一致するが他の骨アパタイト成分の配向性は一致しなかったこれらの結果から骨アパタイトの結晶成熟度が向上した場合コラーゲン線維の配向性と骨アパタイトの配向性は異なることが明らかとなり石灰化度の進行に伴い骨アパタイトの配向性が変化することが示唆されたまた透過法と反射法の赤外二色性イメージに差が認められなかったことから赤外二色性イメージによるコラーゲン線維と骨アパタイト配向性評価法は骨質を評価するのに極めて有効な手段であることが示された CKD モデルラットの病態解析生化学検査から CKD モデルラットは高回転型 (H-CKD) が二次性副甲状腺機能亢進症を発症し低回転型 (L-CKD) が発症していないことを確認した H-CKD と L-CKD の骨質を比較した結果石灰化度と結晶化度は差を認めなかったが H-CKD の炭酸塩含有率と結晶成熟度は有意に低値を示した特に大腿骨骨幹端部の炭酸塩含有率と結晶成熟度は著しく低下したこれは二次性副甲状腺機能亢進症に伴う高リン血症による代謝性アシドーシスが原因で H-CKD の骨から炭酸塩が溶出したと考えられるまた H-CKD と L-CKD は共に骨幹中央部で低結晶性アパタイトの偏光赤外吸収強度の角度依存性を示したことから赤外二色性イメージングによる比較検討を行なったその結果健常ラットと比べて CKD ラットの骨幹端における低結晶性アパタイトとコラーゲン線維配向性が低下することが認められその傾向は H-CKD が著しいことを確認したこれらの結果から CKD に伴う骨脆弱性は骨幹端における低結晶性アパタイトとコラーゲン線維の配向性低下に特徴づけられた新規凍結切片作製法の開発接着剤を塗布した 4 m の PP フィルムに凍結切片を固定する短期間かつ低コストでできる試料調整法を開発したその際 4 m の PP フィルムが赤外イメージング ( 透過法 ) や赤外二色性イメージングの結果に影響を及ぼさないことを確認した同じマウスから摘出した左右大腿骨をそれぞれ凍結切片と PMMA 包埋による薄切片にし赤外イメージングによる骨質解析を行った赤外イメージから抽出した赤外スペクトルを比較した結果骨アパタイト由来の PO4 3- バンドとコラーゲン由来の amide I バンドの幅や形状は凍結切片と PMMA 包埋による薄切片の間で異なることが確認された皮質骨と海綿骨の石灰化度や結晶化度は凍結切片で低値を示し炭酸塩含有率は高値を示した結論赤外二色性イメージングによるコラーゲン線維と骨アパタイトの配向性評価は新たな骨質評価法として極めて有効であることが示され従来の骨質解析法と併用することにより H-CKD と L-CKD の骨質の違いを明らかにすることができた一方 4 m の PP フィルムを用いた凍結切片作成法は試料調整の時間短縮と低コストを実現したことから臨床における応用が期待される千歳科学技術大学大学院光科学研究科

4 論文審査の結果の要旨本研究は新しい骨形態計測の分野で展開される骨質評価法の開発とその臨床応用への実現に向けて (1) 赤外二色性イメージングによるコラーゲン線維と骨アパタイト配向性評価法の開発 (2) 新規配向性評価法と従来法を駆使した慢性腎臓病 (CKD) モデルラットの骨の病態解析及び (3) 骨の変性を最小限に抑え試料調整時間の短縮と低コスト化を目指した凍結切片作製法の開発に取り組んだ (1) のコラーゲン線維と骨アパタイト配向性評価法の開発では骨の主成分であるコラーゲン線維と骨アパタイト配向性の相関に着目し赤外二色性イメージングによる配向性評価法を確立した赤外二色性イメージングでは赤外イメージング装置に偏光子を設置回転角 0 ならび 90 で骨の薄切片を計測し得られた赤外スペクトルのアミド I とリン酸バンドから赤外二色性イメージを得たこれまで X 線や電子線回折による微小領域のコラーゲン線維や骨アパタイトの配向性評価は報告されているが数 cm2 の配向性評価を可能にしたのは本評価法が初めてである本評価法の開発に伴い大腿骨皮質骨におけるコラーゲン線維配向性と低結晶生アパタイト配向性が一致することを見出した (2) の CKD モデルラットの骨の病態解析では SD ラット雄に 5/6 腎摘出術を施した高回転型 (H-CKD) および 5/6 腎摘出術と副甲状腺摘出術を施した低回転型 CKD モデル (L-CKD) を作製し赤外イメージングと赤外二色性イメージングによる大腿骨の骨質解析を行った赤外イメージングによる骨質解析において H-CKD の炭酸塩含有率と結晶成熟度は有意に低値を示し特に骨幹端部では著しいことが示されたこの結果は二次性副甲状腺機能亢進症に伴う代謝性アシドーシスによる骨からの炭酸塩溶出が原因であると結論づけた赤外二色性イメージングによる配向性評価において H- ならび L-CKD 大腿骨骨幹端のコラーゲン線維と低結晶性アパタイト配向性は健常ラットに比べて低下することが明らかとなりその傾向は H-CKD が著しいことを確認したこれにより CKD に伴う骨脆弱性は骨幹端におけるコラーゲン線維と低結晶性アパタイト配向性低下に特徴づけられることを示した (3) の凍結切片作製法の開発では接着剤を塗布した 4 µm のポリプロピレンフィルムに骨の凍結切片を固定する試料調整法を開発し赤外イメージング赤外二色性イメージングによる骨質解析の時間短縮低コスト化を可能にしたまたこの試料調整法は脱水や樹脂包埋による骨の変性を最小限に抑えることができるためより生体内に近い状態の骨質を評価することができるこれら 3 つの取組み結果から生体内に近い状態でより多くの骨質情報が短時間かつ低コストで得られるようになり赤外イメージング赤外二色性イメージングによる骨質解析の臨床応用への実現に向けて大きく前進したといえる研究内容は研

5 究発表会 ( 公聴会 ) において詳細を発表し参加された多くの先生方から質疑を頂いがいずれについても明快に説明を行った以上の結果から本論文は千歳科学技術大学大学院学則第 25 条及び千歳科学技術大学学位規定の定めるところより博士 ( 理工学 ) の学位を授与するに十分との結論に達した

Microsoft Word - _博士後期_②和文要旨.doc

Microsoft Word - _博士後期_②和文要旨.doc 博士学位論文要旨等の公表学位規則 ( 昭和 28 年 4 月 1 日文部省令第 9 号 ) 第 8 条に基づき当該博士の学位の授与に係る論文の内容の要旨及び論文審査の結果の要旨を公表する氏名清野裕司学位の種類博士 ( 理工学 ) 報告番号甲第 17 号学位授与の要件学位規程第 4 条第 2 項該当学位授与年月日平成 25 年 3 月 16 日学位論文題目高分子の自己組織化現象によるメゾスコピック構造