甲状腺腫瘍における細胞小器官の形態形成システムの解明

• Project/Area Number: 23K14472
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49020:Human pathology-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 井上 朋大 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (40746640)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2027: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2026: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 甲状腺 / 好酸性腫瘍 / ミトコンドリア / 核 / 電子顕微鏡 / 3次元 / 腫瘍細胞 / 超微形態

Outline of Research at the Start

甲状腺は頸部に存在する臓器で、様々な代謝の制御を行っている。核やミトコンドリアなどの細胞小器官が特徴的な形態を示す甲状腺腫瘍が存在する。微細な連続2次元構造画像の取得、3次元構造の再構築を行うことが可能な連続ブロック表面走査型電子顕微鏡(Serial block-face scanning electron microscopy, SBF-SEM)を用いて、甲状腺腫瘍細胞の立体構造を観察・解析し、その形態の成り立ちについて考察する。

Outline of Annual Research Achievements

甲状腺腫瘍には正常細胞や他臓器の腫瘍に比べて核やミトコンドリアが特徴的な形態を示すものが存在する。しかし、通常の走査型・透過型電子顕微鏡では、核やミトコンドリアの構造的連続性の把握や内部構造の観察が困難なために、今まで詳細な立体構造に関する検討は行われていなかった。本研究では、連続ブロック表面走査型電子顕微鏡(Serial block-face scanning electron microscopy, SBF-SEM)を用いて、甲状腺腫瘍細胞の核とミトコンドリアの立体構造を観察・解析し、その形態形成を示唆する現象を解明することとした。
好酸性亜型甲状腺濾胞腺腫1症例のSBF-SEM試料を作製し、3次元再構築のための連続2次元画像を取得した。2次元画像による観察では、既に知られている通り、腫瘍細胞の細胞質内に豊富なミトコンドリアを有している。この連続2次元画像に対してコントラストやアライメントの調整を行った後、画像解析ソフトであるImageJのプラグインであるTrakEM2を用いて腫瘍細胞の核とミトコンドリアの部分に色を塗る作業(セグメンテーション)を行っている最中である。この作業を経て、腫瘍細胞の核・ミトコンドリアの3次元再構築を行うことが可能となる。今後は非腫瘍性の甲状腺濾胞上皮細胞や、甲状腺乳頭癌についてもセグメンテーションにより3次元構造の再構築を行い、得られた面積や体積等のデータを基に解析を行い、各細胞間での比較・検討を行っていく予定である。これらの細胞の連続2次元画像は既に取得済みである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

好酸性亜型甲状腺濾胞腺腫の連続2次元画像は取得済みであり、現在は腫瘍細胞の3次元構造再構築のためのセグメンテーションを行っているところである。この腫瘍は非腫瘍性甲状腺濾胞上皮や甲状腺乳頭癌に比してミトコンドリアが豊富であることが知られている。ミトコンドリア等の細胞小器官に対して手動でセグメンテーションを行っているため、この作業に予想以上の時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

セグメンテーションのための時間を多く確保することが必要である。また、タッチパネルやペンタブレットに加えて、現在使用しているものよりも効率的にセグメンテーションを行うことが可能な画像解析ソフトの購入も検討する。
また、自動セグメンテーションが可能になれば大幅に効率性が向上するため、その方法についても調査中である。