| Project/Area Number |
19K19295
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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 57070:Developmental dentistry-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
中條 真奈 (橋本真奈) 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (80824581)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | FIB-SEM / 歯根膜線維 / 歯槽骨 / 骨細胞 / コラーゲン線維 / 骨系細胞 / 直交配置型FIB-SEM / 歯槽骨改造 |
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| Outline of Research at the Start |
矯正力をかけて歯槽骨内の歯牙を移動させる歯科矯正治療において、歯槽骨改造の解明は矯正力の制御につながるため長年の課題である。歯槽骨改造の解明には、歯槽骨内における骨基質と細胞群の相互作用を解明することが重要であるが、ナノサイズのコラーゲン線維とマイクロサイズの細胞群とを広範囲に観察する際、解像度と観察範囲とのトレードオフ問題が障害となっていた。そこで本研究はこの問題を解決できる直交配置型FIB-SEMを用いて大規模三次元イメージングを行うことで、歯科矯正力に対する歯槽骨改造を解明することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯科矯正力による歯槽骨改造の解明には、歯槽骨内においてコラーゲン線維を主とする基質成分と、細胞成分との相互作用を解明することが重要である。本研究では当初、数十ナノサイズの高い解像度をもちながら数十マイクロサイズの観察範囲をもつ、直交配置型FIB-SEMを用いて歯科矯正力を付与したマウス歯槽骨の三次元観察を行うことを予定していたが、直交配置型FIB-SEMと同程度の解像度を保ちながら、さらに広範囲領域の観察が可能なキセノンプラズマFIB-SEMを用いることで、より詳細に歯槽骨改造を解明することを計画している。
本年の研究成果により、電子染色や観察条件のさらなる改良を重ねたことで、キセノンプラズマFIB-SEMを用いたマウス歯槽骨の安定的な観察が可能となり、X＝218.4 μm、Y＝127.4 μm、Z=76.9 μmの領域を50 nm/voxelの解像度で観察することに成功した。次にキセノンプラズマFIB-SEMで撮影した連続画像の解析を試みたが、膨大なデータ量からの手動抽出は数か月単位の時間を要すること、また手動抽出では組織抽出を行う観察者間の能力差やエラーにより結果が左右される可能性があることから、手動抽出ではなく、深層学習などの人工知能を応用することのできるソフトウェアを使用することとした。これによりX＝51.4 μm、Y＝78.9 μm、Z=10.0 μmの領域の歯根膜線維を抽出し、三次元観察することに成功した。この結果、歯根膜線維が歯のセメント質から歯槽骨に向けて一定の規則性を持って互いに分岐、吻合を繰り返しながら走行している様子が三次元的に観察できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は直交配置型FIB-SEMを使用する予定であったが、キセノンプラズマFIB-SEMを使用することとし、それに伴う染色条件や観察条件の検討に時間がかかったことから進捗はやや遅れているとしたが、観察に関する条件設定は完了したため、今後は観察サンプル数を増やし、同時に解析も行っていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
キセノンプラズマFIB-SEMを用いたマウス歯槽骨の観察を進めながら、同時に解析を行う予定である。なお、当初予定していたAmiraソフトウェアを用いた手動抽出による解析は膨大なデータ量の処理が困難であることから、今後は深層学習など人工知能を応用した解析が可能なソフトウェアを使用することとする。解析に関してはソフトウェア担当者と主にオンラインで連携を図りながら行なっていく予定である。
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