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Photoacoustic imaging For the Detection of Singularity in 3D space

Publicly Offered Research

Project AreaSingularity biology
Project/Area Number 21H00445
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionNational Defense Medical College

Principal Investigator

石原 美弥  防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 教授 (30505342)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords光イメージング / 超音波イメージング / 蛍光タンパク質 / 色素タンパク質 / 分光(スペクトル) / in vivoイメージング / 自家信号 / タンパク質イメージング / 分光 / 蛍光量子収率
Outline of Research at the Start

本研究では、シンギュラリティ細胞を特定するために、光音響自家信号と色素タンパク質信号を組み合わせて初めて明らかにできる細胞動態の時空間的イメージングを目的とする。
光源を共有して光音響画像と蛍光画像の同時取得を具現化し、2次元イメージングから3次元イメージングへの展開が光音響イメージングによって実現可能であることを実証する。
加えて、超音波が空間等方的に伝播することを利用して、反射型の光音響イメージングシステムを開発する。本研究により、光音響イメージングがAMATERASに深さ方向の情報を加え、観察空間を拡張できる意義は大きい。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、研究代表者の実績がある光音響イメージングをシンギュラリティ生物学に活用する。シンギュラリティ生物学では、シンギュラリティ細胞の特定に時空間イメージング技術が必要であることが共有され、木も森も見るシステムとして、ミクロな精度でマクロな時空間動態を解析できるAMATERAS (A Multi-scale/modal Analytical Tool for Every Rare Activity in Singularity) が開発されている。光音響イメージングは超音波検出の原理であるため、光音響画像は、AMATERASでは取得できない深さ情報がある。この特徴を活かすために、これまでに光音響顕微鏡を構築した。これにより、色素タンパク質が発現している細胞を対象として、3次元画像が取得できるようになった。
今年度は、3次元画像に時空間動態の「時」の情報が取得できる技術課題に対応した。具体的にはステージトップインキュベーターを光音響顕微鏡に導入し、長時間の細胞培養を可能にした。次に、ガルバノスキャナを用いて、高速に光音響画像が取得できるように、光音響顕微鏡システムを改良した。ただし、改良光音響顕微鏡でも、超音波検出は単素子に留まっている。この改良光音響顕微鏡で、体表から非侵襲的に血管内の血球の動きをイメージングできる性能を持つ事を確認した。改良光音響顕微鏡でスフェロイドを対象にマルチカラー光音響画像が取得できることを確認した。性能評価の過程において、いくつかの技術課題が明らかになったが、in vivoイメージングが可能な対象が拡大できる光音響顕微鏡システムとなった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] バイオセンサーを可視化する光音響イメージングのポテンシャル2023

    • Author(s)
      石原美弥
    • Journal Title

      細胞

      Volume: 55 Pages: 78-82

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoacoustic microscopy using supercontinuum light for in vivo microscopic imaging of living tissue dynamics2023

    • Author(s)
      Hirasawa Takeshi、Tachi Kazuyoshi、Miyashita Manami、Ishikawa Tomohiro、Ito Keiichi、Ishihara Miya
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 12379 Pages: 194-198

    • DOI

      10.1117/12.2652280

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectroscopic photoacoustic microscopic imaging during single spatial scan using broadband excitation light pulses with wavelength-dependent time delay2022

    • Author(s)
      Hirasawa Takeshi、Tachi Kazuyoshi、Miyashita Manami、Okawa Shinpei、Kushibiki Toshihiro、Ishihara Miya
    • Journal Title

      Photoacoustics

      Volume: 26 Pages: 100364-100364

    • DOI

      10.1016/j.pacs.2022.100364

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Blue Laser Irradiation Decreases the ATP Level in Mouse Skin and Increases the Production of Superoxide Anion and Hypochlorous Acid in Mouse Fibroblasts2022

    • Author(s)
      Nakayama Eiko、Kushibiki Toshihiro、Mayumi Yoshine、Azuma Ryuichi、Ishihara Miya、Kiyosawa Tomoharu
    • Journal Title

      Biology

      Volume: 11 Issue: 2 Pages: 301-301

    • DOI

      10.3390/biology11020301

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  • [Journal Article] Photocrosslinked gelatin hydrogel improves wound healing and skin flap survival by the sustained release of basic fibroblast growth factor2021

    • Author(s)
      Kushibiki Toshihiro、Mayumi Yoshine、Nakayama Eiko、Azuma Ryuichi、Ojima Kenichiro、Horiguchi Akio、Ishihara Miya
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 23094-23094

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02589-1

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chromatic-aberration-free multispectral optical-resolution photoacoustic microscopy using reflective optics and a supercontinuum light source2021

    • Author(s)
      Tachi Kazuyoshi、Hirasawa Takeshi、Okawa Shinpei、Horiguchi Akio、Ito Keiichi、Ishihara Miya
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 60 Issue: 31 Pages: 9651-9651

    • DOI

      10.1364/ao.434817

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  • [Journal Article] Photoacoustic imaging as a bridge from medical imaging to bioimaging2021

    • Author(s)
      Ishihara Miya
    • Journal Title

      Proc. SPIE, Biomedical Imaging and Sensing Conference 2021

      Volume: 11925 Pages: 8-13

    • DOI

      10.1117/12.2615402

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoacoustic imaging of fresh human surgically and endoscopically resected gastrointestinal specimens2021

    • Author(s)
      Ikematsu Hiroaki、Ishihara Miya、Okawa Shinpei、Minamide Tatsunori、Mitsui Tomohiro、Kuwata Takeshi、Ito Masaaki、Kinoshita Takahiro、Fujita Takeo、Yano Tomonori、Omori Toshihiko、Ozawa Satoshi、Murakoshi Dai、Irisawa Kaku、Ochiai Atsushi
    • Journal Title

      DEN Open

      Volume: 2 Issue: 1

    • DOI

      10.1002/deo2.28

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      Miya Ishihara
    • Organizer
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  • [Presentation] Photoacoustic microscopy using supercontinuum light for imaging of chromoproteins in living cells2022

    • Author(s)
      Miya Ishihara,Takeshi Hirasawa,Zhai Le,Manami Miyashita,Tomoki Matsuda,Hideji Murakoshi,Takeharu Nagai
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2022 On Demand
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectroscopic photoacoustic microscopic imaging during single spatial scan using a supercontinuum light source2022

    • Author(s)
      Takeshi Hirasawa,Tachi Kazuyoshi,Shinpei Okawa,Miya Ishihara
    • Organizer
      SPIE Photonics WEST BiOS 2022 On Demand
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photoacoustic imaging as a bridge from medical imaging to bioimaging2021

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      Miya Ishihara
    • Organizer
      Biomedical Imaging and Sensing Conference(BISC 2021)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] インフルエンザワクチンマウスモデルにおける半導体レーザーによる早期アジュバント効果2021

    • Author(s)
      槇 陽平, 君塚 善文, 小野 岳史, 石原 美弥, 櫛引 俊宏, 川名 明彦
    • Organizer
      第 25 回日本ワクチン学会学術集会
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      石原 美弥
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      第 44 回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 連続波 1064nm 半導体レーザーを用いたインフルエンザワクチンの早期増強効果の検討2021

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      槇 陽平, 君塚 善文, 小野 岳史, 石原 美弥, 櫛引 俊宏, 川名 明彦
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      第42回日本レーザー医学会
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      平沢 壮, 田地 一欽, 大川 晋平, 石原 美弥
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      第 60 回 日本生体医工学会
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  • [Presentation] 【シンポジウム】光音響イメージングのマルチモダリティ化2021

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      石原 美弥
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      第 60 回日本生体医工学会大会
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  • [Presentation] 【シンポジウム】消化管腫瘍性病変における光音響イメージングの可能性2021

    • Author(s)
      池松 弘朗, 大川 晋平, 村越 大, 入澤 覚, 石原 美弥
    • Organizer
      日本超音波医学会第 94 回学術集会
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      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

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