Whole human brain pathological analysis by 3D imaging with single cell resolution
| Project/Area Number |
23K24198
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| Project/Area Number (Other) |
22H02937 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 51010:Basic brain sciences-related
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
田井中 一貴 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊庭 靖弘 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80610451)
竹田 裕介 北海道大学, 理学研究院, 博士研究員 (50838852)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | トモグラフィイメージング / ヒト脳アトラス / 組織透明化・3Dイメージング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ヒト脳組織の組織透明化・色素や抗体の均一染色技術による「ヒト脳組織加工技術」と、岩石の高解像トモグラフィ・超大規模画像解析技術からなる「デジタルトランスフォーメーション(DX)化した惑星探査技術」を融合することでヒト脳全細胞病理解析プラットホームを創成する。一細胞解像度でヒト全脳丸ごと描出した標準脳アトラスを構築し、サンプル間の定量比較・上書き・編集が可能なヒト脳デジタルアーカイブを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
田井中は、これまでに有機溶媒を用いたヒト脳組織透明化技術を改良し、光シート照明型顕微鏡による3Dイメージング後のサンプルに対して、非常に簡便な溶液処理によりパラフィン包埋へとシームレスに接続できる化学処理法を確立している。また、この化学処理法では、検体の形状がほぼ保たれるため、3Dイメージングで観察される座標を保ったままパラフィン切片を取得することができる。これにより、組織透明化・3Dイメージングによって、広範囲に組織検体の構造物を観察した後に、従来の二次元神経病理解析手法に接続し、より詳細なpost hoc免疫組織化学的解析が可能である。また、田井中・伊庭は、この化学処理法を更に改良し、透明化後の検体に最適化された樹脂を包埋することで、トモグラフィ装置により研磨可能な包埋法を確立した。昨年度までに1 cm3のヒト脳ブロックの細胞核を網羅的に検出することに成功していたが、より大きな1 cm厚のヒト脳スライスでは、組織深部の細胞核が十分に染色されていないことが分かった。今年度は、ヒト脳スライスに対する核染色プロトコールの最適化を行うことで、組織全域への均一な核染色に成功し、トモグラフィイメージングによるヒト脳スライスの細胞核の網羅的検出に成功した。更に、伊庭・竹田は、トモグラフィ装置で取得されたヒト脳イメージングデータを解析し可視化する前処理フローの構築を行った。数万枚以上のRAWファイルを画像ファイルに変換し、規則に従ってファイル名を変更したうえで保存するフローを自動化した。系統的かつ自動的なデータ処理が可能となったことで、これらの画像を用いた細胞核抽出のための解析・可視化へスムースに移行することが可能となった。加えて、大規模画像データイメージングに特化した計算機システムを構築し、これを用いた可視化実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1 cm厚のヒト脳スライスの均一な細胞核染色は、本プロジェクトの大きな障壁になると想定していたが、当初の計画通り、核染色プロトコールの最適化により、解決に至った。このため、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は、一部の脳領域の1 cm厚脳スライスの細胞核検出に成功している。今後は、広範な脳領域の1 cm厚脳スライスの細胞核検出を行い、取得した画像データを統合することで、ヒト全脳地図の作製に取り組みたい。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
