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高速ラマンイメージング技術の開発と生細胞への応用

Research Project

Project/Area Number 09J08263
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

奥野 将成  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2010: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsバイオイメージング / ラマン分光法 / 定量イメージング / 顕微ラマン分光法 / ラマン顕微分光
Research Abstract

本研究の目的は、ラマン顕微分光法をイメージング手法として成熟させ、ラマン・イメージの取得時間を著しく短縮することである。平成23年度における、本研究の成果としては、次のとおりである。
1.CARS分光顕微鏡の生細胞への応用。動物細胞への界面活性剤の作用について、時間分解測定を行い、ラマン分光イメージとしてそれらの動的挙動の追跡を行った。それにより、界面活性剤が細胞内に数10mMの濃度で蓄積していることが示唆された。さらに、細胞内膜輸送に関係する微小管の生成を阻害する薬剤を滴下し、同様の実験を行った。薬剤を滴下しない場合と比較して、有意に界面活性剤の蓄積速度が減衰した。これにより、界面活性剤の細胞内への取り込みに、細胞内膜輸送が関係していることが示唆された。これは、従来の顕微鏡技術では観測できなかった分子のダイナミクスであり、本研究で製作した広帯域のラマンスペクトルを高速で取得できる装置によって、はじめて明らかになった。また、本研究で開発した、CARS分光顕微鏡と最大エントロピー法を組み合わせる技術によって、細胞内の分子濃度を定量的に見積もることに成功した。2.ラマン分光イメージングの絶対定量化の試み。前年度の研究をさらに発展させ、さまざまな生体分子について、それらのラマンバンドの絶対ラマン散乱断面積を求め、それを用いることで、生体分子の生体中濃度を見積もった。シトクロムbおよびc、フェニルアラニン残基、核酸(DNAおよびRNA)、脂質分子の濃度を見積もった。また、生体中の脂質分子の不飽和度をレーザー焦点中の平均値として見積もることに成功した。これは、従来の蛍光顕微鏡などの方法では得ることのできない情報である。また、2つの国際会議、及び2つの国内会議に出席、発表を行い、他の研究者との交流を深め、研究に関する示唆を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的はラマン顕微分光法の成熟であり、高速化に主眼を置いてきた。本研究ではそれにとどまらず、生細胞内の生体分子濃度を非染色で見積もる、絶対定量分子イメージングを行った。これは、他手法では得られなかった情報であり、本研究で新たに提案された手法である。

Strategy for Future Research Activity

本研究では顕微ラマン分光法の高速化、および顕微ラマン分光法による絶対定量分子イメージングを行った。これらを組み合わせることによって、高速かつ絶対定量的な分子イメージング手法が達成されると期待される。そのためには、次のような課題がある。1.多焦点共焦点顕微ラマン分光法については、各焦点の体積を正確に見積もる必要がある。2.CARS顕微ラマン分光法については、コヒーレンス長の見積もり、および位相整合条件の検討、分子の非線形感受率の決定などがあげられる。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Protein Secondary Structure Imaging with Ultrabroadband multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microspectroscopy2012

    • Author(s)
      K.Bito, M.Okuno, H.Kano, S.Tokuhara, S.Naito, Y.Masukawa, P.Leproux, V.Couderc, H.Hamaguchi
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 116 Issue: 4 Pages: 1452-1457

    • DOI

      10.1021/jp210914x

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] New opportunities offered by compact sub-nanosecond supercontinuum sources in ultrabroadband multiplex CARS microspectroscopy2011

    • Author(s)
      P.Leproux, V.Couderc, D.Annalisa, M.Okuno, H.Kano, H.Hamaguchi
    • Journal Title

      Journal of Raman Spectroscooy

      Volume: 42 Issue: 10 Pages: 1871-1874

    • DOI

      10.1002/jrs.2995

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 多焦点共焦点ラマン分光顕微鏡の開発と生細胞の高速振動スペクトルイメージング2011

    • Author(s)
      奥野将成、濱口宏夫
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 80 Pages: 975-978

    • NAID

      10029794393

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ナノ秒白色レーザーを用いたコヒーレント・ラマン分光イメージング2011

    • Author(s)
      加納英明, 奥野将成, 濱口宏夫
    • Journal Title

      表面科学

      Volume: 40 Pages: 421-429

    • NAID

      10029467836

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quantitative CARS Molecular Fingerprinting of Single Living Cells with the Use of the Maximum Entropy Method2010

    • Author(s)
      Masanari Okuno, et. al.
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 35 Pages: 6773-6777

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multifocus confocal Raman microspectroscopy for fast multimode vibrational imaging of living cells2010

    • Author(s)
      Masanari Okuno, Hiro-o Hamaguchi
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 49 Pages: 24-26

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 脂質分子を"ありのまま"にとらえる-白色レーザーを用いた脂質分子のCARS分光イメージング-2010

    • Author(s)
      加納英明、奥野将成、渡口宏夫
    • Journal Title

      実験医学5月号

      Volume: 28 Pages: 1234-1240

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Journal Article] 生細胞のラマン分光イメージング2009

    • Author(s)
      奥野将成, 加納英明, 濱口宏夫
    • Journal Title

      遺伝 63

      Pages: 80-84

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] ナノ秒白色レーザーを用いたコヒーレント・ラマン分光イメージング2009

    • Author(s)
      加納英明, 奥野将成, 濱口宏夫
    • Journal Title

      レーザー研究 37

      Pages: 739-745

    • NAID

      10029467836

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] 生細胞のラマン分光イメージングとin vivo活性診断2009

    • Author(s)
      奥野将成, 濱口宏夫
    • Journal Title

      OPTRONICS 28

      Pages: 91-95

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Time-resolved CAES spectral imaging2011

    • Author(s)
      Masanari Okuno, et.al.
    • Organizer
      20 th Time-resolved Vibrational Spectroscopy Conference
    • Place of Presentation
      Ascona, Switzerland
    • Year and Date
      2011-06-21
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantitative CARS Spectral Imaging of a Single Living Cell in the Fingerprint Region2010

    • Author(s)
      Masanari Okuno, et. al.
    • Organizer
      The 22^<nd> International Conference on Raman Spectroscopy
    • Place of Presentation
      ボストン, 米国
    • Year and Date
      2010-08-12
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Fast CARS spectroscopic imaging of biological samples in the fingerprint region2009

    • Author(s)
      奥野将成, 他4名
    • Organizer
      International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
    • Place of Presentation
      オーストラリア・メルボルン
    • Year and Date
      2009-07-13
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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