2019 Fiscal Year Final Research Report

Sophistication and application of in vivo imaging technologies by using vector laser light

Planned Research

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Project Area	Resonance Biology for Innovative Bioimaging
Project/Area Number	15H05953
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Biological Sciences
Research Institution	Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2019) Hokkaido University (2015-2018)
Principal Investigator	Nemoto Tomomi 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (50291084)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐藤俊一東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30162431) 榎木亮介大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (00528341) 大友康平大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (40547204) 川上良介愛媛大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (40508818)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	バイオイメージング / ベクトルビーム / 非線形光学 / Ca2+シグナル / 開口放出 / 細胞骨格
Outline of Final Research Achievements	Bioimaging using two-photon excitation fluorescence and second-harmonic generation enables quantitative analysis of the dynamics of many types of molecules and cells within living tissues with high spatiotemporal resolution. In this research project, we promoted the advancement of in vivo two-photon microscopy, which was led by the research group ahead of the world, and opened the way to 3D live imaging. In particular, we introduced a spatial modulation technology for laser beam light to achieve super-resolution and ultra-deep depth. Also, we have realized a methodology for visualizing and analyzing high-speed events in living organisms as they are, and established a new imaging method to understand molecular mechanisms from higher-order information such as molecular orientation. Furthermore, we promoted super-resolution imaging using a new laser beam "vector beam."
Free Research Field	生物物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	生命現象の理解のためには、生体組織における非侵襲的かつ高速の断層イメージングが必要である。本課題では非線形光学現象を用いた多光子顕微鏡によるin vivoイメージングの高度化に成功し、脳深部や皮膚、膵臓など多様な生臓器で、有用性を明瞭に示すことができた。また、新規ベクトルビームの新しい特性を見出し、分子配向イメージングや超解像イメージングを実現した。これにより、先端的な超短光パルスレーザーや光学技術との、共鳴的な学際的研究の先見性、有効性を示した。また、領域内の異分野との共鳴を通じ、高精度ライブ画像情報からの高度画像解析法を確立し、「in vivo 共鳴イメージング」を切り拓いた。