| Project/Area Number |
23KJ1621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
井上 智好 広島大学, 統合生命科学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | ライトフィールド / 三次元イメージング / 光操作 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，三次元空間でシングルセル単位の活性操作を行えるシングルセル3D オプトジェネティクス技術を提案・実証する．照射技術にはホログラフィーを応用した三次元集光スポット照射技術を，計測技術には神経細胞の活性化速度のミリ秒以上で高速に細胞の位置と活性の計測を行う高分解能ライトフィールド顕微鏡を用いる．実証実験では受入研究室が持つ線虫C. エレガンスの行動実験系に提案技術を導入し，記憶に重要な神経細胞の活性化の順番・タイミングを解析することで提案技術の有効性を検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、ライトフィールド顕微鏡を応用した二次元画像にマッピングされた物体の三次元位置情報を基に、三次元空間内に細胞分解能で光を照射できる観察および操作技術を開発した。開発技術では、ライトフィールド顕微鏡で物体のある「点」からの光線が、その三次元位置に応じて複数のマイクロレンズに入射し、二次元ライトフィールド画像として記録される。そのため、１回のカメラ撮影で三次元再構成像を得られ、従来の三次元イメージングの1,000 倍以上の高速性がある。さらに、頭部の神経細胞を蛍光標識した線虫C. elegansを用いて実証実験を行った。一枚のライトフィールド画像から力覚応答回路を構成する神経細胞をライトフィールド顕微鏡で記録し、得られた三次元座標を基に選択的に光照射することに成功した。開発技術について特許出願（特願2023-198583）を行い、国内学会にて発表を行った（井上他、第71回応用物理学会学術講演会 講演予稿集 03-313）。また、ライトフィールド技術を応用した新規三次元観察技術の開発も行い、特許出願中である（特願2024-053350）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の目標よりも早く、光照射系の構築・原理検証実験を遂行することに成功し、特許出願まで行えたため。また、ライトフィールド技術を応用した新規三次元観察技術についても開発を行い、特許出願中であるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、初年度で開発した光照射するシステムを固定および自由行動中の線虫に対して適用する。パラフィルムなどを使用して線虫の移動範囲を制限するチャンバーを作製し、固定および自由行動中の線虫に対して集光スポットを照射し、標的細胞のみを空間的・時間的に選択的に励起・刺激することで判定する。一方、空間光位相変調器は三次元的な光照射が容易であるが、駆動速度が約60Hzであり、細胞が動く場合や神経細胞の活性化速度を踏まえると照射速度が不足する可能性もある。そこでバックアッププランとして数kHzで動作するガルバノスキャナの導入も検討する。また、実証実験用にこれまでに行っている線虫株の作製を並行して進める。蛍光観察と光刺激を両立できる標識方法や蛍光タンパク質の組み合わせを決定し、作製を行う。
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