第2、3の生体窓と高次非線形光学効果を駆使した深部超解像蛍光イメージング

Research Project

Project/Area Number	23K25178
Project/Area Number (Other)	22H03924 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	山中真仁大阪大学, 大学院工学研究科, 特任准教授(常勤) (90648221)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	湯川博名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646) 新岡宏彦九州大学, データ駆動イノベーション推進本部, 教授 (70552074)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000) Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000) Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Keywords	近赤外 / 蛍光 / 深部 / イメージング / 深部イメージング / 高空間分解能
Outline of Research at the Start	生体内に移植された細胞などの生体内挙動や機能は未だ未知のものが多い。本研究では、第2、第3の生体窓と呼ばれる生体透過性の高い近赤外光、高次非線形な蛍光応答、およびAI技術を駆使することで、生体試料の内部を単一細胞レベルで可視化し、細胞の挙動を詳細に解析できる深部・近赤外・高空間分解能蛍光イメージング技術を開発する。本研究で開発した技術を医療技術の発展に資するイメージング技術へ発展させることを目指す
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、生体深部を単一細胞レベルの高解像度で可視化するために、第２および第３の生体窓の波長を積極的に活用した蛍光イメージング技術の開発を目的としている。初年度には、第２および第３の生体窓の波長の光を用いた場合でも高い信号検出効率が得られるレーザー走査型蛍光顕微鏡システムを試作した。試作した蛍光顕微鏡システムを用いスフェロイドなどの厚みのある試料内部を観察できることは確認できたが、当初の予想通り実際の生体組織の深部を観察する際に空間分解能の劣化が確認された。本年度は、主に、深部観察における空間分解能の劣化を抑制するため、デフォーマブルミラーを用いた補償光学用光学系の導入に着手した。本システムでは、波面収差による集光スポットの歪みを補正することで、深部観察においても高い空間分解能を得られるようにするものである。デフォーマブルミラーも第２、第３の生体窓の波長帯までといった通常より広い波長域には対応する仕様のものを選定し、励起光を効率よく利用できるようにしている。現在、イメージング時の波面制御の最適化を進めている。また、第２、第３の生体窓の波長帯に対応しているビームプロファイラも新たに導入し、光学調整などを効率よく進められるシステムに改良した。現在、最終目標の達成に向け、顕微鏡システムを改良・改善を進めている。また、蛍光イメージング時のプローブについても、よりよい選択肢について化学系の研究グループと引き続き検討を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度にはデフォーマブルミラーによる補償光学を導入し、深部観察の高空間分解能化を達成する予定であったが、導入や最適化に当初の予定より時間を要し、未だ最適化の途中段階である。この状況から「（３）やや遅れている」と判断した。
Strategy for Future Research Activity	今年度の補償光学の導入については若干遅れているが、トータルで判断すると概ね順調に計画を進めれている。今後は２年次の遅れを取り戻すべく、補償光学を含めた光学システムの完成に注力している。必要があれば、補償光学を専門にされている研究グループとも連携の可能性を探り、最適な形で最終年度の研究を進めていく予定である。