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Oct 30, 2023

サブ用超高速レーザー手術プローブ

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20554 (2022) この記事を引用する 1048 アクセス数 3 引用数 2 Altmetric Metrics の詳細

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20554 (2022) この記事を引用

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超高速レーザーアブレーションによる瘢痕化した声帯内に上皮下空隙を形成することは、声帯瘢痕治療の改善に向けて、注射可能な治療用生体材料の局在化に役立つ可能性があります。 表面組織の正確な切除のために、いくつかの超高速レーザー手術プローブが開発されています。 ただし、これらのプローブには、声帯などの散乱性の高い組織の表面下アブレーションに必要な厳密なビーム集束機能がありません。 ここでは、声帯の上皮下アブレーションを実行するために設計された小型の超高速レーザー手術プローブを紹介します。 臨床用途に必要な小さなフォームファクターとサイドファイア構造に加えて、表面下アブレーションには高い開口数が必要なため、難しい光学設計が必要になりました。 カゴメ中空コアフォトニック結晶ファイバーを誘導する抑制結合は、高繰り返し率ファイバーレーザーからカスタムビルドの小型対物レンズに向けてマイクロジュールレベルの超短パルスを送り出し、1.12 ± 0.10 μm の 1/e2 焦点ビーム半径を生成し、46 倍の範囲をカバーします。 46μm2のスキャンエリア。 このプローブは、システム全体を通じて最大 3.8 μJ のパルスを 40% の伝達効率で組織表面に送達することができ、焦点面で上皮下アブレーションに必要なフルエンスよりも大幅に高いフルエンスを提供します。 外科的性能を評価するために、我々は新たに切除したブタの半喉頭でアブレーション研究を実施し、外部ステージを使用してプローブ先端を組織表面全体に機械的に移動させることにより、声帯内に大面積の上皮下空隙を作成できることを発見した。 最後に、声帯上皮表面の下 114 ± 30 μm に作成された 1 × 2 mm2 の空隙へのモデル生体材料の注入は、空隙のない組織への直接注入と比較して改善された局在性を示し、我々のプローブが前処置に有用である可能性があることを示唆しています。声帯瘢痕治療のための注射可能な治療用生体材料の臨床評価。 将来の開発により、ここで紹介した手術システムにより、臨床現場で声帯瘢痕の治療が可能になる可能性があります。

声帯（VF）の瘢痕化は音声障害の主な原因です1、2。 VF 病変の外科的切除の望ましくない結果として、VF 瘢痕化は重度の発声障害を引き起こし、生活の質に悪影響を与える可能性があります 3,4。 現在、慢性瘢痕化した VF5 に対する効果的な治療法はありません。 主にコラーゲン、エラスチン、レチクリン線維からなる上皮下組織層である固有層は、VF 振動現象に主に関与しており、瘢痕形成に対して非常に敏感です。 瘢痕化した VF6、7、8、9 を修復するために多くのヒドロゲルベースの生体材料が開発されていますが、局在化が最適ではないため、治療の再現性が低くなります 10、11、12、13、14。 注入された生体材料は硬い瘢痕組織ではなく周囲に浸潤する傾向があるため、固有層表層（SLP）への注入中に問題が発生します。 したがって、さらなる瘢痕形成を回避しながら、瘢痕化ＳＬＰ内の生体材料を正確に位置特定する方法が必要である。

超高速レーザーアブレーションプロセスは、焦点面での急速な多光子吸収に依存しており、その結果、サブ焦点体積のエネルギーが閉じ込められ、周囲の組織への熱損傷が最小限に抑えられます15、16、17、18。 このような高度な空間的および熱的閉じ込めにより、バルク組織内の物質の正確な除去が可能になります。 VF瘢痕化の課題に対処するために、私たちのグループは、超高速レーザーアブレーションによってSLP内に生体材料注入スペースを作成する治療法を提案しました19、20、21。 Hoyらは、開口数(NA)0.75の対物レンズと高繰り返しレートのフェムト秒ファイバーレーザーを備えたベンチトップ顕微鏡を使用して、 は、ヒト、イヌ、ブタの VF の上皮の厚さが通常 50 ～ 80 μm であることを考慮すると、切除されたブタ VF において上皮表面から約 100 μm 下の位置で上皮下空隙が形成されることを実証しました 19。これは、SLP 内に十分にあります。 Hoyらによるさらなるex vivo研究。 は、切除された傷跡のあるハムスターの頬袋に作られた切除された空隙へのモデル生体材料の注入を示しました20。 著者らは、モデル生体材料 (PEG30) を空隙に注入すると、瘢痕組織のみに生体材料を注入した場合と比較して、逆流が大幅に減少し、局在化が改善されたことを示しました。 より最近では、Gabay ら。 In vivo の瘢痕化ハムスター頬袋モデルで作成された上皮下空隙内での PEG30 の長期保持を実証しました 24。 Gabayらは、Hoyらと同じファイバーレーザーとベンチトップシステムを使用して、PEG30が最大2週間の間空隙内に残ることを発見し、空隙への注入により生体材料の長期保持が向上することを示唆した。 これらの結果は有望でしたが、大型の光学系（つまり、顕微鏡対物レンズ、ガルバノ走査ミラーペア、スキャン/チューブレンズなど）とレーザー光の自由空間照射により、臨床翻訳が制限されました。 したがって、当社の VF 瘢痕化治療を臨床に応用するには、小型光学システムを介して厳密に集束された超短パルスを柔軟に送達することが必要です。