生体深部の分子挙動を無染色可視化する誘導ラマン散乱顕微鏡開発と薬物機能評価

• Project/Area Number: 15J09208
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Optical engineering, Photon science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 祐太 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 誘導ラマン散乱顕微鏡 / 無染色可視化 / 細胞スクリーニング / 高速イメージング / バイオフォトニクス / ラベルフリーイメージング / 細胞イメージング / イメージングフローサイトメトリー / 高速波長可変光源 / 光イメージング / ケミカルイメージング / 生体イメージング / 高速化 / ラベルフリー

Outline of Annual Research Achievements

マルチカラー誘導ラマン散乱(SRS)顕微法は，複数周波数における分子振動を検出することで，生体内の複数の構成成分を無標識可視化する手法である．生きて動く細胞や組織を観察するためには，イメージング速度を高め，モーションアーティファクトを抑えることが重要である．しかし，従来はレーザの波長切り替え時間，レーザ強度，ロックイン帯域等によってイメージング速度が制限されてきた。本研究では波長を高速に切り替えることの可能な光源を用いた高速なマルチカラーSRSイメージングを開発している。H29年度では、H28年度に引き続き、誘導ラマン散乱顕微鏡システムの高速化を進めた。その過程で、誘導ラマン散乱顕微鏡を、高スループットに１細胞解析を行うフローサイトメトリーに応用して、血液による癌診断や、高効率にバイオ燃料の生産を行う微細藻類細胞の開発といった魅力的な応用を展開できることが分かった。本研究では、H28年度に波長を高速に切り替えることの可能な光源を用いて高速なマルチカラーSRS顕微イメージングを実証している。この顕微鏡のフローサイトメトリーとしての応用可能性を検討するため、微細藻類や血中に含まれる様々な細胞の観察実験を行った。その結果、微細藻類中では脂質、タンパク質、糖類、葉緑素などの成分が、血液細胞ではタンパク質、脂質などの成分が、誘導ラマン散乱顕微鏡を用いて無染色可視化できることが実証できた。さらに、本顕微鏡の高速可視化性能を駆使することで、これらの細胞をハイスループットに画像化できることも実証した。これは細胞の高速スクリーニングの応用に有力であることを示す結果である。また、以前の光源のスペクトルには干渉縞が含まれておりさらなるパルス品質の向上が必要であったが、今回、光源の構成を変更することでこの干渉縞を除去することにも成功している。現在、本結果の論文化を進めている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chemically-activatable alkyne-tagged probe for imaging microdomains in lipid bilayer membranes (2017)
  • Author(s): Yamaguchi, S.; Matsushita, T.; Izuta, S.; Katada, S.; Ura, M.; Ikeda, T. ;Hayashi, G.; Suzuki, Y.; Kobayashi, Y.; Tokunaga, K.; Ozeki, Y.; Okamoto, A.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 41007-41007
  • DOI: 10.1038/srep41007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring Photosynthetic Activity in Microalgal Cells by Raman Spectroscopy with Deuterium Oxide as a Tracking Probe (2017)
  • Author(s): Yonamine Yusuke、Suzuki Yuta、Ito Takuro、Miura Yoshiko、Goda Keisuke、Ozeki Yasuyuki、Hoshino Yu
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 20 Pages: 2063-2068
  • DOI: 10.1002/cbic.201700314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Probing the metabolic heterogeneity of live Euglena gracilis with stimulated Raman scattering microscopy (2016)
  • Author(s): Y. Wakisaka, Y. Suzuki, O. Iwata, A. Nakashima, T. Ito, M. Hirose, R. Domon, M. Sugawara, N. Tsumura, H. Watarai, T. Shimobaba, K. Suzuki, K. Goda, Y. Ozeki
  • Journal Title: Nature Microbiology Volume: 1 Issue: 10 Pages: 16124-16124
  • DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.124
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] High-speed multicolor SRS imaging (2018)
  • Author(s): Yuta Suzuki
  • Organizer: Photonics West 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multicolor stimulated Raman imaging of live microalgal cells using fast wavelength-switched laser pulses (2018)
  • Author(s): Yuta Suzuki
  • Organizer: Photonics West 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-speed stimulated Raman scattering microscopy for studying the metabolic diversity of motile Euglena gracilis (2017)
  • Author(s): Y. Suzuki, Y. Wakisaka, O. Iwata, A. Nakashima, T. Ito, M. Hirose, R. Domon, M. Sugawara, N. Tsumura, H. Watarai, T. Shimobaba, K. Suzuki, K. Goda and Y. Ozeki
  • Organizer: Photonics West 2017, BiOS
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2017-02-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Label-free imaging and statistical analysis of the metabolic heterogeneity of live Euglena gracilis with stimulated Raman scattering microscopy (2016)
  • Author(s): Y. Suzuki, Y. Wakisaka, O. Iwata, A. Nakashima, K. Suzuki, T. Ito, M. Hirose, R. Domon, M. Sugawara, N. Tsumura, H. Watarai, T. Shimobaba, K. Goda, and Y. Ozeki
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2016
  • Place of Presentation: Tsukuba University Tokyo Campus
  • Year and Date: 2016-11-02
• [Presentation] High-speed stimulated Raman scattering microscopy for single-cell analysis of metabolites in live Euglena gracilis (2016)
  • Author(s): Y. Suzuki, Y. Wakisaka, O. Iwata, A. Nakashima, K. Suzuki, T. Ito, M. Hirose, R. Domon, M. Sugawara, N. Tsumura, H. Watarai, T. Shimobaba, K. Goda, and Y. Ozeki
  • Organizer: the 77th JSAP Autumn Meeting
  • Place of Presentation: Toki Messe, Niigata, Japan
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Label-free chemical imaging of live euglena gracilis by high-speed stimulated Raman scattering spectral microscopy (2016)
  • Author(s): 鈴木祐太
  • Organizer: Photonics West 2016, BiOS
  • Place of Presentation: San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2016-02-13
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 誘導ラマン散乱顕微鏡装置および誘導ラマン散乱計測方法 (2016)
  • Inventor(s): 小関泰之
  • Industrial Property Rights Holder: 小関泰之
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-022615
  • Filing Date: 2016-02-09