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詳細
石島　歩(イシジマ　アユム)
電子科学研究所　生命科学研究部門
助教
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Last Updated :2024/05/09

基本情報

所属

  • 電子科学研究所　生命科学研究部門

職名

  • 助教

学位

  • 博士（工学）（東京大学）

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J-Global ID

研究キーワード

  • 超音波工学   医用工学   光工学   

職歴

  • 2022年12月 - 現在 北海道大学 大学院情報科学院 情報科学専攻 生体情報工学コース 助教
  • 2022年09月 - 現在 北海道大学 電子科学研究所 助教
  • 2024年01月 - 2024年09月 東京大学 大学院工学系研究科 客員研究員
  • 2022年09月 - 2023年03月 国立研究開発法人科学技術振興機構 さきがけ研究者（兼任）
  • 2020年08月 - 2022年09月 東京大学 大学院工学系研究科 特任助教
  • 2019年10月 - 2022年08月 国立研究開発法人科学技術振興機構 さきがけ研究者（専任）
  • 2018年04月 - 2020年07月 東京大学 大学院工学系研究科 特任研究員
  • 2016年04月 - 2018年03月 日本学術振興会 特別研究員
  • 2013年09月 - 2014年05月 ライス大学Rebecca Richards-Kortum Lab Visiting research scholar

学歴

  • 2015年04月 - 2018年03月   東京大学   大学院工学系研究科   精密工学専攻
  • 2013年04月 - 2015年03月   東京大学   大学院工学系研究科   精密工学専攻
  • 2009年04月 - 2013年03月   電気通信大学   電気通信学部   知能機械工学科

所属学協会

  • 応用物理学会   

研究活動情報

論文

  • Takao Saiki, Keitaro Shimada, Ayumu Ishijima, Hang Song, Xinyi Qi, Yuki Okamoto, Ayako Mizushima, Yoshio Mita, Takuya Hosobata, Masahiro Takeda, Shinya Morita, Kosuke Kushibiki, Shinobu Ozaki, Kentaro Motohara, Yutaka Yamagata, Akira Tsukamoto, Fumihiko Kannari, Ichiro Sakuma, Yuki Inada, Keiichi Nakagawa
    Science Advances 2023年12月22日
  • Keitaro Shimada, Ayumu Ishijima, Takao Saiki, Ichiro Sakuma, Yuki Inada, Keiichi Nakagawa
    Advanced Photonics Nexus 3 01 2023年12月15日
  • Satoshi Yamaguchi, Miho Kisaka, Kotaro Higashi, Ayumu Ishijima, Takashi Azuma, Keiichi Nakagawa, Yoshikazu Shibasaki, Ichiro Sakuma, Akimitsu Okamoto
    Biotechnology Journal 2023年05月07日
  • F. Sensui, M. Uenomachi, K. Shimazoe, H. Takahashi, Z. Zhihong, A. Ishijima, K. Nakagawa
    Journal of Instrumentation 18 04 C04001 - C04001 2023年04月01日 
    Abstract Our group has been developing DPECT (Double Photon Emission CT) to enhance nuclear medicine diagnostics using cascade nuclides that emit multiple gamma rays simultaneously. It is possible to detect the local environment around the nuclide by examining the angular correlation of the emitted cascade gamma-rays. In this study, with the goal of developing a new imaging method combining ultrasound and nuclear medicine, we investigated the effect of ultrasound on cascade gamma-ray emission and found that the angular correlation could be changed by a micro-electric field around 111In in an aqueous solution caused by ultrasound irradiation. Using 8 × 8 array of GAGG scintillators as a detector and Hamamatsu Photonics 8 × 8 MPPCs as a photomultiplier, eight detectors were used and arranged in a ring shape to surround the point source 111In from 360° direction. For the readout system, using a dynamic ToT board, read out its channel information, energy information as ToT signal, and detection time information simultaneously and independently concerning gamma-ray detection. We measured the angular correlation change with four types of ultrasound intensities of 0.05 V, 0.10 V, 0.15 V, and 0.20 V input voltage, and found that the gamma-ray emission angle distribution decreased by about up to 5% around the 90° direction and increased by about up to 5% around 0° and 180° for an ultrasound with an input voltage of 0.15 V or higher.
  • Ayumu Ishijima, Shinga Okabe, Ichiro Sakuma, Keiichi Nakagawa
    Photoacoustics 2023年02月 
    Frequency- and time-domain Brillouin scattering spectroscopy are powerful tools to read out the mechanical properties of complex systems in material and life sciences. Indeed, coherent acoustic phonons in the time-domain method offer superior depth resolution and a stronger signal than incoherent acoustic phonons in the frequency-domain method. However, it does not allow multichannel detection and, therefore, falls short in signal acquisition speed. Here, we present Brillouin scattering spectroscopy that spans the time and frequency domains to allow the multichannel detection of Brillouin scattering light from coherent acoustic phonons. Our technique maps the time-evolve Brillouin oscillations at the instantaneous frequency of a chromatic-dispersed laser pulse. The spectroscopic heterodyning of Brillouin oscillations in the frequency domain enhances the signal acquisition speed by at least 100-fold over the time-domain method. As a proof of concept, we imaged heterogeneous thin films and biological cells over a wide bandwidth with nanometer depth resolution. We, therefore, foresee that our approach catalyzes future phonon spectroscopy toward real-time mechanical imaging.
  • Keitaro Shimada, Yuki Inada, Ayumu Ishijima, Keiichi Nakagawa
    MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY 33 5 2022年05月 
    Accurate measurements of electron density in irreproducible microscale high-density plasmas are indispensable for improving laser processing and plasma processing technology because the dynamics of these plasmas are strongly influenced by their electron density. Because single-path laser wavefront sensors are capable of acquiring the two-dimensional electron density distribution with a single shot, the electron density of irreproducible millimeter-scale low-density plasmas has been measured by using such sensors. However, the strong diffraction effects caused by the irreproducible microscale high-density plasmas pose challenges for the measurement. In this study, we numerically and experimentally demonstrate a suitable optical configuration of single-path laser wavefront sensors for accurate measurements of irreproducible microscale high-density plasmas with minimal measurement errors. Our Fresnel diffraction-based numerical simulation indicates that the serious measurement errors caused by the strong diffraction effects can be significantly reduced through the use of relay lenses with high magnification and a short-wavelength laser source. In addition, we propose an alignment procedure for the optical setup to minimize the measurement errors and experimentally validated the procedure by measuring a laser wavefront shaped by a spatial light modulator. Finally, we applied the verified laser wavefront sensor to the measurement of a laser-induced plasma with a two-dimensional line-integrated electron density higher than 1 x 10(21) m(-2) in an approximately 40 x 50 mu m region. This study provides a new strategy to rigorously analyze the dynamics of irreproducible microscale high-density plasmas using a laser wavefront sensor.
  • Haixiao Fan, Kenta Shimba, Ayumu Ishijima, Kenya Sasaoka, Tsuyoshi Takahashi, Chih-Hsiang Chang, Yasuhiko Jimbo, Takashi Azuma, Shu Takagi
    Japanese Journal of Applied Physics 2021年09月13日 
    Abstract Ultrasound is an innovative physical modality allowing non-invasive and reversible modulation of neural circuit activity in the brain with high spatial resolution. Despite growing interest in clinical applications, the safe and effective use of ultrasound neuromodulation has been limited by a lack of understanding of the physical mechanisms underlying its effects. Here, we demonstrate acoustic frequency-dependent physical effects that underlie ultrasound neuromodulation, where cavitation and radiation forces are the dominant sources of low- and high-frequency stimulation, respectively. We used 39.5 kHz and 500 kHz acoustic frequencies to stimulate cultured neural and glial cells, excised from rat cortex, to study acoustic frequency-dependent neural responses. We demonstrate increased evoked responses due to increased cavitation activity at the 39.5 kHz acoustic frequency. In contrast, notable cavitation activity was not detected at 500 kHz despite detection of evoked responses. Our work highlights the dependence of ultrasound neuromodulation on acoustic frequencies, with different physical effects underlying cell responses to low and high sub-MHz acoustic frequency ranges.
  • S. Wunderl, A. Ishijima, E. A. Susaki, Z. Xu, H. Song, H. Zha, T. Azuma, I. Sakuma, H. Fukuoka, E. Okada, H. R. Ueda, S. Takagi, K. Nakagawa
    2021年08月20日 
    Abstract Light-sheet imaging of 3D objects with high spatial resolution remains an open challenge because of the trade-off between field-of-view (FOV) and axial resolution originating from the diffraction of light. We developed acoustic light-sheet microscopy (acoustic LSM), which actively manipulates the light propagation inside a large sample to obtain wide-field microscopic images deep inside a target. By accurately coupling a light-sheet illumination pulse into a planar acoustic pulse, the light-sheet can be continuously guided over large distances. We imaged a fluorescence-labeled transparent mouse brain for the FOVs of 19.3 × 12.4 mm2 and 9.7 × 5.9 mm2 with resolved microstructures and single cells deep inside the brain. Acoustic LSM creates new opportunities for the application of light-sheet in the field of industry to basic science. One Sentence Summary An acoustic-optical method overcomes a trade-off between field-of-view and axial resolution in light-sheet microscopy.
  • 島田 啓太郎, 石島 歩, 佐伯 峻生, 佐久間 一郎, 稲田 優貴, 中川 桂一
    レーザー研究 49 4 240 - 244 レーザー学会 2021年04月
  • Sugita, J., Fujiu, K., Nakayama, Y., Matsubara, T., Matsuda, J., Oshima, T., Liu, Y., Maru, Y., Hasumi, E., Kojima, T., Seno, H., Asano, K., Ishijima, A., Tomii, N., Yamazaki, M., Kudo, F., Sakuma, I., Nagai, R., Manabe, I., Komuro, I.
    Nature Communications 12 1 1910 - 1910 2021年 
    Cardiac arrhythmias are a primary contributor to sudden cardiac death, a major unmet medical need. Because right ventricular (RV) dysfunction increases the risk for sudden cardiac death, we examined responses to RV stress in mice. Among immune cells accumulated in the RV after pressure overload-induced by pulmonary artery banding, interfering with macrophages caused sudden death from severe arrhythmias. We show that cardiac macrophages crucially maintain cardiac impulse conduction by facilitating myocardial intercellular communication through gap junctions. Amphiregulin (AREG) produced by cardiac macrophages is a key mediator that controls connexin 43 phosphorylation and translocation in cardiomyocytes. Deletion of Areg from macrophages led to disorganization of gap junctions and, in turn, lethal arrhythmias during acute stresses, including RV pressure overload and β-adrenergic receptor stimulation. These results suggest that AREG from cardiac resident macrophages is a critical regulator of cardiac impulse conduction and may be a useful therapeutic target for the prevention of sudden death.
  • Ohta, S., Kikuchi, E., Ishijima, A., Azuma, T., Sakuma, I., Ito, T.
    Scientific Reports 10 1 2020年 
    Abstract The blood–brain barrier (BBB) has hampered the efficiency of nanoparticle delivery into the brain via conventional strategies. The widening of BBB tight junctions via focused ultrasound (FUS) offers a promising approach for enhancing the delivery of nanoparticles into the brain. However, there is currently an insufficient understanding of how nanoparticles pass through the opened BBB gaps. Here we investigated the size-dependence of nanoparticle delivery into the brain assisted by FUS-induced BBB opening, using gold nanoparticles (AuNPs) of 3, 15, and 120 nm diameter. For 3- and 15-nm AuNPs, FUS exposure significantly increased permeation across an in vitro BBB model by up to 9.5 times, and the permeability was higher with smaller diameter. However, in vivo transcranial FUS exposure in mice demonstrated that smaller particles were not necessarily better for delivery into the brain. Medium-sized (15 nm) AuNPs showed the highest delivery efficiency (0.22% ID), compared with 3- and 120-nm particles. A computational model suggested that this optimum size was determined by the competition between their permeation through opened BBB gaps and their excretion from blood. Our results would greatly contribute to designing nanoparticles for their delivery into the brain for the treatment of central nervous system diseases.
  • Saiki, T., Hosobata, T., Kono, Y., Takeda, M., Ishijima, A., Tamamitsu, M., Kitagawa, Y., Goda, K., Morita, S.-Y., Ozaki, S., Motohara, K., Yamagata, Y., Nakagawa, K., Sakuma, I.
    Optics Express 28 21 31914 - 31914 2020年
  • Ishijima, A., Yagyu, U., Kitamura, K., Tsukamoto, A., Sakuma, I., Nakagawa, K.
    Optics Letters 44 12 2019年
  • Ishijima, A., Yamaguchi, S., Azuma, T., Kobayashi, E., Shibasaki, Y., Nagamune, T., Sakuma, I.
    Cancer Reports 2 4 2019年
  • Ohta Seiichi, Kikuchi Emi, Ishijima Ayumu, Kobayashi Etsuko, Azuma Takashi, Sakuma Ichiro, Ito Taichi
    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 256 2018年08月19日 [査読有り][通常論文]
  • Ayumu Ishijima, Shinya Yamahira, Satoshi Yamaguchi, Etsuko Kobayashi, Yoshikazu Shibasaki, Takashi Azuma, Teruyuki Nagamune, Ichiro Sakuma
    IEEE International Ultrasonics Symposium, IUS 2017年10月31日 [査読有り][通常論文]
     
    Nanomedicines recently gain great attention for their cancer targeting abilities and multi-functionality. Active targeting of nanoparticles with external stimuli-responsive property would improve the therapeutic efficacy and reduce harmful side effects because therapeutic effects are concentrated at the combined area of both drug and external stimuli.
  • 石島 歩, 小関 義彦, 東 隆, 山本 恵介, 立石 敬介, 鎮西 清行, 佐久間 一郎, 小林 英津子
    日本コンピュータ外科学会誌 19 2 63 - 73 一般社団法人 日本コンピュータ外科学会 2017年 [査読無し]
     

    Here we review the preclinical evaluation methodologies of thermal induced damage to tissues caused by surgical devices. Many innovative surgical devices based on thermal energy sources have been studied to offer less invasive treatment with fewer complications. Before these devices are used clinically, their safety must be validated using various methods to simulate the clinical situation with reasonable accuracy. We surveyed various preclinical studies and summarized methodologies to evaluate thermal induced damages. All the methodologies were categorized according to their invasiveness and measurement parameters (physical or biological parameters). In these studies, the damage was evaluated by one or more sub-assessments and attempted to clarify effective intensity and distribution of intervention to minimize the damage. For damage evaluation research, choice of techniques is extensive but decisions must be based on the nature of intervention.

  • Ishijima, A., Minamihata, K., Yamaguchi, S., Yamahira, S., Ichikawa, R., Kobayashi, E., Iijima, M., Shibasaki, Y., Azuma, T., Nagamune, T., Sakuma, I.
    Scientific Reports 7 2017年
  • Ayumu Ishijima, Jun Tanaka, Takashi Azuma, Kosuke Minamihata, Satoshi Yamaguchi, Etsuko Kobayashi, Teruyuki Nagamune, Ichiro Sakuma
    ULTRASONICS 69 97 - 105 2016年07月 
    Phase-change nano-droplets (PCNDs) are sub-micron particles that are coated with phospholipid and contain liquid-state perfluorocarbons such as perfluoropentane (boiling point = 29 degrees C) and perfluorohexane (boiling point = 57 degrees C), which can vapourise upon application of ultrasound. The bubbles generated by such reactions can serve as ultrasound contrast agents or HIFU sensitisers. However, the lifetime of bubbles generated from PCNDs on ls-order is not well known. Knowledge of the condition of PCND-derived bubbles on mu s-order is essential for producing bubbles customised for specific purposes. In this study, we use an optical measurement system to measure the vapourisation and stability of the bubbles (bubble-lifetime) as well as the stability-controlling method of the nucleated bubbles on mu s-order while changing the internal composition of PCNDs and the ambient temperature. PCND-derived bubbles remain in a bubble state when the boiling point of the internal composition is lower than the ambient temperature, but lose their optical contrast after approximately 10 mu s by re-condensation or dissolution when the boiling point of the internal composition is higher than the ambient temperature. We reveal that the superheating condition significantly affects the fate of vapourised PCNDs and that the bubble-lifetime can be controlled by changing both the ambient temperature conditions and the internal composition of PCNDs. (C) 2016 The Authors. Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
  • Ishijima Ayumu, Koseki Yoshihiko, Ando Takehiro, Sakuma Ichiro, Kobayashi Etsuko
    日本コンピュータ外科学会誌 18 1 19 - 32 一般社団法人 日本コンピュータ外科学会 2016年 
    Many innovative surgical devices based on novel technologies and techniques have been studied to offer secure diagnosis and less invasive treatment with fewer complications. Before these devices are used clinically, their safety must be validated using various methods to simulate the clinical situation with reasonable accuracy. In this paper, we focused on mechanical intervention and surveyed various preclinical studies, which assessed the collateral damage accompanied with the use of these devices. This review paper is especially intended for a reader who (1) develops or researches on surgical devices, (2) intends to implement or commercialize innovative surgical devices or medical technologies to the society, and (3) wants to identify safety validation methods that are an index for surgical devices approval systematically. All studies were categorized according to their types of intervention (grasping, stretching, needle, and shock wave) so that the readers can efficiently find similar or related assessment methods. In these studies, the intervention was applied to a computer model and/or animal model in vivo and/or ex vivo. The damage was evaluated by one or more sub-assessments including tissue function and tissue structure as well as cellular functional and cellular structural assessments such as histological observations. Some of these studies attempted to clarify effective intensity and distribution of intervention, whose collateral damage was acceptably small. Therefore, such procedures or devices were proved to be effective and safe. Finally, considering all studies, we have tried to comment on the future challenges in this field.
  • Ishijima, A., Schwarz, R.A., Shin, D., Mondrik, S., Vigneswaran, N., Gillenwater, A.M., Anandasabapathy, S., Richards-Kortum, R.
    Journal of Biomedical Optics 20 4 2015年

講演・口頭発表等

  • 4f波形整形器による分散コヒーレントブリルアン散乱分光法の高感度化  [通常講演]
    奥山亮, 石島歩, 三上秀治
    第59回応用物理学会北海道支部/第20回日本光学会北海道支部合同学術講演会 2024年01月 口頭発表（一般）
  • Opto-Acoustic Technology for Bioimaging
    Ayumu Ishijima, Hideharu Mikami
    The 2023 RIES-CEFMS Joint International Symposium 2023年12月 ポスター発表
  • Development of ultrafast multiphoton microscopy for large-scale, single-cell-resolution neural activity recording in the mouse brain  [通常講演]
    Eisuke Takahashi, Yuki Yoneyama, Ayumu Ishijima, Atsushi Shibukawa, Yusuke Tomina, Manami Kanamori, Koyo Kuze, Yuko Murakami, Suzu Oe, Takeshi Ishihara, Yu Toyoshima, Yuichi Iino, Hideharu Mikami
    The 24th RIES-HOKUDAI International Symposium 2023年12月 ポスター発表
  • Proposal of a Fast 3D Multi-Cell Search and Tracking Algorithm using Random Access Focusing and Its Validation by Numerical Simulation  [通常講演]
    Ryu Hirooka, Yuki Yoneyama, Ayumu Ishijima, Atsushi Shibukawa, Hideharu Mikami
    The 24th RIES-HOKUDAI International Symposium 2023年12月 ポスター発表
  • 音響光技術とバイオイメージング  [招待講演]
    石島 歩
    日本光学会光エレクトロニクス産学連携専門委員会第337回研究会 2023年12月
  • ブリルアン散乱光の空間多重化計測によるバイオイメージング  [招待講演]
    石島 歩
    Optics & Photonics Japan 2023（レーザ顕微鏡研究会ジョイントシンポジウム） 2023年11月
  • 3Dランダムアクセス集光による高速多細胞探索・追跡アルゴリズムの実験的検証  [通常講演]
    米山裕貴、広岡隆、石島歩、澁川敦史、三上秀治
    日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2023 2023年11月 ポスター発表
  • 3Dランダムアクセス集光による高速多細胞探索・追跡アルゴリズムの提案と数値シミュレーションによる検証  [通常講演]
    広岡隆, 米山裕貴, 石島歩, 澁川敦史, 三上秀治
    日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2023 2023年11月 ポスター発表
  • マウスの脳神経活動計測の大規模化に向けた超高速多光子励起蛍光顕微鏡法の開発  [通常講演]
    高橋瑛介, 米山裕貴, 石島歩, 澁川敦史, 三上秀治
    第9回北海道大学部局横断シンポジウム 2023年10月 ポスター発表
  • 3Dランダムアクセス集光による高速多細胞探索・追跡法の実験的検証  [通常講演]
    米山裕貴, 広岡隆, 石島歩, 澁川敦史, 三上秀治
    第9回北海道大学部局横断シンポジウム 2023年10月 ポスター発表
  • 音響光技術のバイオイメージングへの展開
    石島歩, 冨菜雄介, 澁川敦史, 三上秀治
    日本学術会議公開シンポジウム「光がもたらす未来社会～ICOの新たな発展に向けて～」 2023年07月 ポスター発表
  • ライトシートブリルアン散乱顕微法の原理実証  [招待講演]
    石島歩, 岡部真我, 佐久間一郎, 中川桂一
    第70回応用物理学会春季学術講演会 2023年03月 口頭発表（招待・特別）
  • ライトシートブリルアン散乱顕微法の提案と実証
    石島歩, 岡部真我, 中川桂一, 佐久間一郎
    第83回応用物理学会秋季学術講演会 2022年09月
  • Dispersive coherent Brillouin scattering spectroscopy for biomaterial characterization  [招待講演]
    Ayumu Ishijima
    International Conference on Materials Science, Engineering & Technology 2022 2022年09月 口頭発表（招待・特別）
  • 超音波刺激による神経細胞活動誘発に対するキャビテーションの影響について  [招待講演]
    高木周, 石島歩, 範海嘯, 榛葉健太, 神保泰彦
    日本超音波医学会第95回学術集会 2022年05月 口頭発表（招待・特別）
  • Development of virtual optical waveguide: numerical analysis of focusing underwater shock waves
    Tetsuro Ikeyama, Hiroshi Fukuoka, Keiichi Nakagawa, Ayumu Ishijima.
    The 32th International Symposium on Transport Phenomena 口頭発表（一般）
  • Takao Saiki, Keitaro Shimada, Ayumu Ishijima, Hang Song, Ichiro Sakuma, Keiichi Nakagawa
    The International Conference on Ultrafast Phenomena (UP) 2022 2022年 口頭発表（一般） Optica Publishing Group
     
    We developed a multi-frame single-shot ultrafast interferometry for quantitative measurements of dynamic phenomena. We observed laser-induced surface acoustic waves on a glass plate coated by 100 nm-thick chromium with 7 frames and 2.0 ns interval.
  • サブ回折限界バブルダイナミクス解析のための超高速レーザ回折法の提案
    瀬川拓未, 石島歩, 佐伯峻生, 島田啓太郎, SONG Hang, 山口哲志, 佐久間一郎, 小林英津子, 中川桂一
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2022年
  • 音波が操る生体試料中の光伝播  [招待講演]
    石島歩, WUNDERL Stefan, SONG Hang, 中川桂一
    レーザー研究 2022年
  • Measurement of Angular Correlation Changes in Double-Photon Emission Nuclides Using Ultrasound irradiation
    Fumiki Sensui, Mizuki Uenomachi, Kenji Shimazoe, Zhihong Zhong, Ayumu Ishijima, Keiichi Nakagawa, Hiroyuki Takahashi
    22nd International Workshop on Radiation Imaging Detectors 2021年06月
  • Development of an electromagnetic catheter tracking system using TMR sensor for superselective intra-arterial chemotherapy.
    Rina Nagano, Kazuaki Hara, Ayumu Ishijima, Naoki Tomii, Keiichi Nakagawa, Yuki Akagi, Masatoshi Yamazaki, Hiroyuki Tsukihara, Etsuko Kobayashi, Takashi Ohya, Ichiro Sakuma
    Computer Assisted Radiology and Surgery 2021 2021年06月
  • Electron density imaging of ultrafast plasma dynamics with two-color STAMP
    Keitaro ShimadaYuki InadaAyumu IshijimaTakao SaikiIchiro, SakumaKeiichi Nakagawa
    OPIC OPTICS & PHOTONICS International Congress 2021 2021年04月
  • 音響波による生体試料中の光伝播操作  [招待講演]
    石島歩, Stefan Wunderl, 中川桂一
    レーザー学会学術講演会第41回年次大会 2021年01月 口頭発表（招待・特別）
  • 時間伸長ブリルアン振動分光法による高速弾性計測の基礎検討
    岡部真我, 石島歩, 石島歩, 中川桂一, 佐久間一郎
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2021年
  • 細胞への衝撃波作用可視化に向けたナノ秒間隔ピコ秒露光時間の撮影システム
    佐伯峻生, 石島歩, QI Xinyi, 塚本哲, 佐久間一郎, 中川桂一
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2021年
  • 楕円形状を用いた水中衝撃波の集束挙動
    伊東聡, 池山哲良, 福岡寛, 矢尾匡永, 石島歩, 中川桂一
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2021年
  • 超音波を用いた二光子放出核種の角度相関変化に関する研究
    泉水史樹, 上ノ町水紀, 島添健次, 高橋浩之, ZHONG Zhihong, 石島歩, 中川桂一
    日本原子力学会春の年会予稿集(CD-ROM) 2021年
  • Immunogenic cell death induced by selective intracellular vaporization in vitro
    Ayumu Ishijima, Satoshi Yamaguchi, Takashi Azuma, Etsuko Kobayashi, Kazuhiro Kakimi, Yoshikazu Shibasaki, Teruyuki Nagamune, Ichiro Sakuma
    The IFMBE 11th Asian Pacific Conference on Medical and Biological Engineering 2020年05月 口頭発表（一般）
  • Spectrum circuit for producing spectrally separated nanosecond pulse train in free space
    Takao Saiki, Ayumu Ishijima, Ichiro Sakuma, Keiichi Nakagawa
    2020 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO) 2020年 IEEE
     
    We propose a free space time-stretching system for producing nanosecond pulse train with easily tunable time interval and spectrum period. In our demonstration experiments, we obtained 6 pulses with the time interval of 1 ns. (C) 2020 The Author(s)
  • 衝撃波が細胞に及ぼす物理的作用の解明に向けた実験システムの検討
    佐伯峻生, QI Xinyi, 石島歩, 塚本哲, 佐久間一郎, 中川桂一
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2020年
  • 異なる波長を持つ圧力波と細胞応答の関係を調査する光学システムの開発
    GAO Hemeng, 石島歩, 佐伯峻生, 塚本哲, 中川桂一, 佐久間一郎
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2020年
  • 楕円形状内を伝ぱする水中衝撃波の挙動
    伊東聡, 福岡寛, 石島歩, 中川桂一
    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2020年
  • 永野里奈, 赤木友紀, 中川桂一, 山崎正俊, 月原弘之, 石島歩, 小林英津子, 佐久間一郎, 大屋貴志
    精密工学会大会学術講演会講演論文集 2020年 公益社団法人 精密工学会
     
    口腔癌治療のための超選択的動注化学放射線療法では挿入するカテーテルの位置ナビゲーションが求められており TMR 磁気式カテーテルトラッキングは有効である．本研究ではTMR センサの課題である狭い測定範囲を有効活用した磁場強度測定法の検討を行った．高サンプリングレート・低 SNR を実現するため過渡応答の情報から定常状態の磁場強度を推定する手法を提案し，6 個のコイルを 3 個ずつ時分割で駆動する事が有効である可能性を示した．
  • レーザ駆動非線形音響波による生体内光導波路
    石島歩, 柳生右京, 北村憲太, 佐久間一郎, 中川桂一
    Optics & Photonics Japan講演予稿集(CD-ROM) 2019年
  • 相変化ナノ液滴を用いた細胞質内タンパク質デリバリー技術の開発
    山口哲志, 山口哲志, 木坂美穂, 石島歩, 東隆, 柴崎芳一, 佐久間一郎, 岡本晃充
    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 2019年
  • 佐伯 峻生, 佐久間 一郎, 中川 桂一, 細畠 拓也, 河野 志洋, 竹田 真宏, 石島 歩, 森田 晋也, 尾崎 忍夫, 本原 顕太郎, 山形 豊
    精密工学会学術講演会講演論文集 2019年 公益社団法人 精密工学会
     

    分光イメージングに用いられるスライスミラーは，その特殊形状から作製が難しい．本研究では，切削によるスライスミラーの加工を行い，表面粗さと形状および回折光の評価を行った．その結果，一次試作品では工具破損由来で表面に高さ約2.5μmの凹凸がみられ回折光が発生したが，二次試作品では，表面粗さRa < 10 nm, 形状誤差PV < 100 nm, ミラー幅誤差 < ±100 μm，面角度誤差 < ±0.025°という要求仕様を満足し，回折光の発生を抑えることができた．

  • Size-dependent delivery of nanoparticles to brain assisted by focused ultrasound-mediated BBB disruption
    Seiichi Ohta, Emi Kikuchi, Ayumu Ishijima, Etsuko Kobayashi, Takashi Azuma, Ichiro Sakuma, Taichi Ito
    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2018年08月 AMER CHEMICAL SOC
  • 超音波照射による粒径に依存した金ナノ粒子の血液脳関門透過のin vitro,in vivo評価
    菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知, 太田誠一
    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 2018年
  • 集束超音波照射による脳への薬物キャリア送達効率向上のサイズ依存性
    太田誠一, 菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知
    日本DDS学会学術集会プログラム予稿集 2018年
  • 超音波照射による粒径に依存したナノ粒子の血液脳関門透過のin vivo評価と数理モデル化
    太田誠一, 菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知
    日本膜学会年会講演要旨集 2018年
  • 相変化ナノ液滴を用いた細胞質内タンパク質導入
    木坂美穂, 山口哲志, 石島歩, 東隆, 小林英津子, 柴崎芳一, 長棟輝行, 佐久間一郎, 岡本晃充, 岡本晃充
    日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 2018年
  • 相変化ナノ液滴を用いた細胞質内タンパク質導入
    木坂美穂, 山口哲志, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 長棟輝行, 柴崎芳一, 佐久間一郎, 岡本晃充, 岡本晃充
    高分子学会予稿集(CD-ROM) 2018年
  • 超音波を用いたナノ粒子の血液脳関門透過性向上のin vitro評価
    菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知, 太田誠一
    化学工学会大会(Web) 2017年
  • 抗体修飾相変化ナノ液滴による選択的細胞内気泡化
    石島歩, 東隆, 南畑孝介, 山口哲志, 山平真也, 小林英津子, 飯島麻里子, 柴崎芳一, 長棟輝行, 佐久間一郎
    超音波医学 2017年
  • 超音波照射による金ナノ粒子の血液脳関門透過性向上とその粒径依存性
    太田誠一, 菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知
    膜シンポジウム 2017年
  • 金ナノ粒子を用いた超音波による血液脳関門透過性向上機構の検討
    菊地映美, 石島歩, 小林英津子, 東隆, 東隆, 佐久間一郎, 伊藤大知, 伊藤大知, 太田誠一
    日本バイオマテリアル学会大会予稿集(Web) 2017年
  • 超音波セラノスティクスを志向した相変化ナノ液滴の化学修飾
    木坂美穂, 山口哲志, 東昂太郎, 石島歩, 東隆, 柴崎芳一, 佐久間一郎, 岡本晃充, 岡本晃充
    日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 2017年
  • 石島 歩, 東 隆, 山平 真也, 小林 英津子, 長棟 輝行, 佐久間 一郎, 川畑 健一
    生体医工学 2017年 公益社団法人 日本生体医工学会
     

    音響化学療法は集束超音波と色素系薬剤の腫瘍集積性を利用したダブルターゲティングがん治療法として注目されている．しかしながら，抗腫瘍効果の作用機序は明確になっていない．我々は音響化学療法における抗腫瘍効果の作用機序がキャビテーションによって生成されるヒドロキシラジカルなどのラジカル種から色素増感剤への電子移動によって生成される色素由来のラジカル種によると仮定した．色素由来の炭素センターラジカルはヒドロキシラジカルと比較して長寿命であることから，細胞膜の酸化反応を高効率で誘発することが予想される．本発表ではラジカル反応開始剤であるAAPHを用いてヒドロキシラジカルを生成し，それの抗腫瘍効果が光線力学療法及び音響力学療法で広く用いられているchlorin e6（Ce6）色素によって増大されたことについて報告する．培養細胞を用いた検討において100 mM AAPHの抗腫瘍効果がCe6存在下で20倍程度増大した．一方で，光線力学療法の色素として知られているテトラスルホン酸フタロシアニン（電子的安定）はAAPHの抗腫瘍効果を増大させなかった．今後，超音波照射による抗腫瘍効果が同様な傾向であるか検討を行う．

  • PCNDの気泡化後の振る舞いと周囲温度の関係性について
    菊池健太朗, 田中純, 石島歩, 東隆, 南畑孝介, 山口哲志, 長棟輝行, 佐久間一郎, 高木周
    超音波医学 2016年
  • ナノ液滴気泡化に周囲温度が与える影響の検討
    田中純, 石島歩, 東隆, 南畑孝介, 山口哲志, 長棟輝行, 佐久間一郎, 高木周, 松本洋一郎
    超音波医学 2015年
  • 田中 純, 菊池 健太朗, 石島 歩, 東 隆, 南畑 孝介, 山口 哲志, 長棟 輝行, 佐久間 一郎, 高木 周
    超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集 2015年 特定非営利活動法人 超音波エレクトロニクス協会
  • Ayumu Ishijima, Sharon Mondrik, Richard A. Schwarz, Nadarajah Vigneswaran, Ann M. Gillenwater, Rebecca Richards-Kortum
    TRANSLATIONAL BIOPHOTONICS 2014年 SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING
     
    We developed an automated frame selection algorithm for high resolution microendoscope images. The algorithm rapidly selects a representative frame with minimal motion artifact from a short video sequence, enabling fully automated image analysis at the point-of-care. The performance of the algorithm was evaluated by comparing automatically selected frames to manually selected frames using quantitative image parameters. The implementation of fully automated high-resolution microendoscopy at the point-of-care has the potential to reduce the number of biopsies needed for accurate diagnosis of precancer and cancer in low-resource settings, where there may be limited infrastructure and personnel for standard histologic analysis.
  • 石島 歩, 田中 純, 東 隆, 前沢 峰雪, 安藤 岳洋, 小林 英津子, 佐久間 一郎
    超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集 2014年 特定非営利活動法人 超音波エレクトロニクス協会

その他活動・業績

特許

  • 江幡 定生, 東 隆, 佐久間 一郎, 高木 周, 石島 歩, 田中 純  オリンパス株式会社, 国立大学法人 東京大学  201803000418045243

受賞

  • 2023年09月 日本生体医工学会 生体医工学シンポジウムベストレビューワーアワード
  • 2023年03月 応用物理学会 第53回秋季応用物理学会講演奨励賞
  • 2020年 The IFMBE 11th Asian Pacific Conference on Medical and Biological Engineering Young Investigator Award
  • 2018年 東京大学 工学系研究科長賞
  • 2017年 The 17th International Symposium on Therapeutic Ultrasound Best Student Oral Presentation Award
  • 2015年 東京大学 大学院工学系研究科 精密工学専攻 優秀賞
  • 2015年 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会 優秀論文発表賞
  • 2014年 The 35th Symposium on Ultrasonic Electronics Young Scientist Award
  • 2013年 日本機械学会 畠山賞

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2022年04月 -2025年03月 
    代表者 : 石島 歩
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    研究期間 : 2023年06月 -2025年03月 
    代表者 : 石島 歩
  • コヒーレント音響フォノンによる力学特性の高速バイオイメージング
    公益財団法人 住友財団：基礎科学研究助成
    研究期間 : 2023年11月 -2024年11月
  • コヒーレント音響フォノンの時空間多重化計測で切り拓く細胞力学ダイナミクス
    公益財団法人村田学術振興財団：研究助成
    研究期間 : 2023年07月 -2024年06月 
    代表者 : 石島歩
  • 超高速音響光技術開発
    物質・デバイス領域共同研究拠点：文部科学省全国共同利用・共同研究拠点制度
    研究期間 : 2023年04月 -2024年03月 
    代表者 : 中川桂一, 石島歩
  • 光駆動非線形音響波による生体深部メカノイメージング
    科学技術振興機構(JST)：戦略的創造研究推進事業
    研究期間 : 2019年 -2023年
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 若手研究
    研究期間 : 2019年04月 -2022年03月 
    代表者 : 石島 歩
     
    メカノバイオロジー分野では，in vitroで細胞を引張るなどの単純作用で得られた知見に基づき，生体応答や制御機構がどのように働くかを解明し，多くの成果を生み出した．生体内部に非侵襲的に機械刺激を作用させることを考えると，超音波はコスト等の観点で有力である．また，近年では超音波ニューロモデュレーション等において有効性が示されつつある．一方で，超音波によって，メカノトランスダクションが何故引き起こされるのかは明らかでない．そこで，本研究では，その発生機構の解明を目指すために，超音波により細胞へ与えられる力を定量計測する技術を開発し，目標とする生命現象を惹起する適切な印加物理量を明らかにすることを研究目的とした． 具体的な研究目標として，高度な光イメージング技術と生化学的解析手法を駆使し，(A) 細胞を伝播するせん断波の高速計測システム構築，(B) 低強度超音波の細胞機能に対する影響解明，(C) 低強度超音波の細胞機能制御，を掲げた． 本年度は，細胞に生じた構造的な変化と細胞機能変化の関係性を探究するために，シングルショットでのナノメートル変位計測を実現するイメージング系と細胞内カルシウムイオンの蛍光イメージング系を構築した．イメージングシステムの評価には，超音波振動子ではなく，自由度の高いレーザにより音波を発生させ，計測系の評価を行った．しかし，イメージングシステムの評価として，定量的な評価が十分とは言えず，今後詰めていく予定である．また，実験系に超音波振動子が未だ導入されていないため，早い段階でその導入を進めていきたい．
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 研究活動スタート支援
    研究期間 : 2018年08月 -2020年03月 
    代表者 : 石島 歩
     
    申請者は，2017年に超音波応答性抗がん薬「標的化PCND (Phase-change nano-droplet)」を用いた非侵襲超音波がん治療技術「選択的細胞内気泡化」を提案し， in vitroでの原理検証結果を発表した．これは抗腫瘍効果が機械的作用という，これまでに無い作用機序により治療を行う薬剤である．本研究課題では，これを臨床応用可能な治療技術として発展させるべく，担癌マウスモデルを用いた有効性の検証に挑んだ．具体的な達成目標として，超音波照射系と二光子イメージング系が統合された実験系を構築し，標的化PCNDの血中から腫瘍への蓄積，気泡化前後における細胞の変化，免疫系の応答を明らかにすることを掲げた． 本年度は二光子イメージングシステムに統合可能な超音波照射系の構築に取り組んだ．超音波照射系は，顕微鏡システムに容易に搭載可能な，4本の振動子が組みこまれた小型水槽とした．この超音波照射系を設計，構築し，音場をハイドロフォンとシュリーレンイメージングにより評価した結果，音波の集束が確認でき，最大負圧で4 MPaの圧力の出力が可能であることを示した．さらに，この超音波照射系を自作の明視野顕微鏡システムに組み込み，超音波照射により惹起される物理現象の可視化を行った．具体的には，アクリルアミドゲル中に固定したマイクロバブルに超音波を照射し，その振動を高速度撮影した． 本研究で開発した超音波照射システムを今後，二光子顕微鏡に組み込み，PCND気泡化により引き起こされる生命現象を明らかにしていく予定である．
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    研究期間 : 2016年04月 -2018年03月 
    代表者 : 石島 歩
     
    細胞の中での気泡化と細胞の外での気泡化による傷害作用を比較することにより，細胞内に相変化ナノ液滴を導入する利点を示した．具体的には気泡化に伴う傷害作用を引き起こす超音波の音圧値が低下することを示した．さらに細胞内気泡化により傷害した細胞の免疫原性を評価し，本手法によって引き起こされる細胞死の免疫原性が高いことを示した．下記に具体的な内容について示す．
    抗体修飾された相変化ナノ液滴(9E5修飾PCND)を抗体抗原反応により細胞内に選択的に導入することで液滴同士の凝集が共焦点顕微鏡観察により確認された．9E5修飾PCNDをDLD1細胞(抗原発現がん細胞)に作用させてから1hでは，細胞内における9E5修飾PCND由来の蛍光シグナルは検出されなかったが，細胞膜に介入している9E5修飾PCNDが観察された．9E5修飾PCNDを細胞に作用させてから3hでは，細胞内に移行している9E5修飾PCNDが観察され，6hでは，細胞内移行が顕著であった．24h経過すると，細胞内の数か所で9E5 修飾PCND からの高い蛍光輝度値が検出された．PCNDの細胞内凝集を引き起こした状態とそうでない状態において，超音波照射を行い，生存率測定を行うと，凝集を引き起こした状態において，細胞を傷害するために要する超音波強度が低かった．このことから細胞内に相変化ナノ液滴を導入することで，気泡化による傷害閾値を低下できることを示した．
    また，細胞内気泡化により引き起こされた細胞死において，ATPとHMGB1の細胞外への放出が確認された．これらの物質はDAMPs(damage associated molecular patterns)として知られ，免疫原性を有する．このことから，本手法によって引き起こされる細胞死の免疫原性が高いことが示された．

大学運営

委員歴

  • 2023年04月 - 現在   応用物理学会北海道支部   会計幹事
  • 2024年   生体医工学シンポジウム   大会実行委員
  • 2023年   The 24th RIES-HOKUDAI International Symposium   Organizing Committee
  • 2022年   The 23rd RIES-HOKUDAI International Symposium   Organizing Committee
  • 2022年   第31回ライフサポート学会フロンティア講演会   大会実行委員
  • 2020年   16th Asian Conference on Computer Aided Surgery   Organizing Committee
  • 2019年   第58回日本生体医工学大会   大会実行委員

社会貢献活動

  • サイエンスオリエンテーリング 2023 in 札幌
    期間 : 2023年10月21日
    役割 : 運営参加・支援
    主催者・発行元 : 応用物理学会北海道支部

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