[論文レビュー] Dynamic full field optical coherence tomography: subcellular metabolic contrast revealed in tissues by temporal analysis of interferometric signals

Clément Apelian, Fabrice Harms+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2016

Optical Coherence Tomography Applications参考文献 21被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、干渉信号のミリ秒スケールの時間的ダイナミクスを分析することにより、新鮮な固定後組織における細胞小器官内代謝対比を露わにする動的フルフィールド光学コherenceトモグラフィー（DFF-OCT）を紹介する。内因性散乱要素の時間依存的挙動を利用することで、マイクロメートルスケールの横方向分解能を達成し、外部対比剤を用いずに代謝活動を検出可能となる。これにより、さまざまな臓器における正常および病理的組織の細胞内構造を可視化できる。

ABSTRACT

We developed a new endogenous approach to reveal subcellular metabolic contrast in fresh ex vivo tissues taking advantage of the time dependence of the full field optical coherence tomography interferometric signals. This method reveals signals linked with local activity of the endogenous scattering elements which can reveal cells where other imaging techniques fail or need exogenous contrast agents. We benefit from the micrometric transverse resolution of full field OCT to image intracellular features. We used this time dependence to identify different dynamics at the millisecond scale on a wide range of organs in normal or pathological conditions.

研究の動機と目的

• 新鮮な固定後組織における細胞小器官内代謝活動を露わにする内因性イメージング法の開発を目的とする。
• 外部対比剤を必要とするか、細胞小器官分解能に欠ける従来のイメージング技術の限界を克服することを目的とする。
• フルフィールド OCT における干渉信号の時間依存性を活用し、ミリ秒スケールでの動的代謝プロセスを検出することを目的とする。
• 本手法が正常および病理的状態下の多様な臓器タイプにおいて有効であることを実証することを目的とする。

提案手法

• 本手法は、マイクロメートルスケールの横方向分解能で干渉信号を捉えるフルフィールド光学コherenceトモグラフィー（FF-OCT）を用いる。
• バックスキャッタ光強度のミリ秒スケールのダイナミクスを検出するために、干渉信号の時間的分析が行われる。
• 干渉パターンの時間依存的変動は、細胞小器官構造内の内因性散乱要素の活動に関連している。
• 本手法は生物学的組織の固有の光学的性質に依存しており、外部標識や染色の必要がない。
• 信号処理技術を用いて干渉データから動的特徴を抽出し、代謝活動のパターンを明らかにする。
• 本手法は、さまざまな臓器タイプの正常および病理的組織を網羅的に検証している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フルフィールド OCT からの干渉信号の時間的フラクチュエーションは、外部対比剤を用いずに細胞小器官内代謝活動を露わにできるか？
• RQ2 干渉信号のミリ秒スケールのダイナミクスは、異なる組織タイプにおける代謝活動とどのように相関するか？
• RQ3 本手法はどの程度のマイクロメートルスケールの空間分解能で細胞内構造を解像できるか？
• RQ4 本技術は正常組織と病理的組織の間での代謝ダイナミクスの違いを検出できるか？
• RQ5 本動的対比が観察可能な生物学的組織の範囲はどの程度か？

主な発見

• 本手法は、外部対比剤を一切使用せず、内因性散乱要素のみを用いて新鮮な固定後組織における細胞小器官内代謝対比を成功裏に露わにした。
• ミリ秒スケールでの干渉信号の時間的分析により、従来のイメージング法では見えない動的代謝活動が明らかになった。
• マイクロメートルスケールの横方向分解能のおかげで、従来の OCT やラベルフリー技術では検出できない細胞内構造の可視化が可能となった。
• 本技術は、正常および病理的組織を含む多様な臓器タイプで明確な動的パターンを検出できた。
• 外部対比剤が不要なため、細胞小器官レベルでのラベルフリーで非侵襲的な代謝活動観察が可能となった。
• 本手法は多様な生物学的サンプルで一貫した性能を示し、広範な応用可能性を示した。