| Project/Area Number |
19K14678
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
Takayama Yuki 兵庫県立大学, 理学研究科, 助教 (40710132)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | コヒーレントX線回折イメージング / タイコグラフィ / 凍結水和細胞 / トモグラフィ / 位相回復 / シグナル増強 / スパースモデリング / トモグラフィー / 細胞・オルガネラ / 放射線損傷 / 凍結水和 / 全変動正則化 / コヒーレント回折イメージング / 圧縮センシング / ナノイメージング |
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| Outline of Research at the Start |
細胞分裂機構の分子構造基盤解明を目指し、細胞「丸ごと」の三次元構造解析を行う。超分子複合体を解像できる数nm分解能の達成を目指す。低温コヒーレントX線回折トモグラフィー法により、細胞内の電子密度分布を非染色・非侵襲かつ放射線損傷を低減して可視化する。放射線損傷低減下であっても空間分解能は20 nm程度が限界と予想され、(1)コヒーレントX線の干渉効果を活用した回折シグナルの増強と(2)情報科学を活用した低照射線量トモグラフィーの技術開発により、空間分解能向上を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
We conducted a structural study of unicellular Eukaryotic cells via cryogenic coherent X-ray diffraction imaging computed tomography (CXDI-CT) toward visualizing structure-function relationship of whole cells at a supramacromolecular level. To extend spatial resolution beyond the radiation damage limit, we developed low-dose CXDI techniques including (1) a practical technique for enhancement of diffraction signals, and (2) phase retrieval and CT reconstruction algorithms implementing regularization techniques used in sparse modeling.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究が実現すれば、細胞機能の構造基盤に分子構造レベルで迫ることができると期待される。開発手法による実験的な細胞構造研究の他、観察結果に基づいて、細胞構造モデルを超分子複合体レベルで構築することで、信頼度の高い計算機シミュレーションと実験を組み合わせた生命現象の理解が可能となる。例えば、細胞分化の研究に応用すれば、将来的に再生医療や生殖医療、代替食品開発等、広範な波及が見込まれる。
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