2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of optical microscope platform to explore singularity cells
| Project Area | Singularity biology |
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| Project/Area Number |
18H05409
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
渡邉 朋信 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00375205)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
椎名 毅 京都大学, 医学研究科, 教授 (40192603)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体深部イメージング / 光音響イメージング / 光シート顕微鏡 / 近赤外蛍光計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、シンギュラリティ現象を観察する手段として、(1)非侵襲生理機能イメージング法、および、(2)全細胞動態イメージング技術を開発する。2019年度における研究進捗は以下である。
(1) 非侵襲生理機能イメージング法：種々の蛍光タンパク質の可視域から近赤外域における光音響スペクトル（光音響信号の波長依存性）を計測し、光音響用の分子プローブとしての有用性を検証した。いずれの蛍光タンパク質においても、可視域から近赤外域において光音響信号が得られることを確認した。また、小動物の計測を対象とした、到達深度の高く、可視光域から近赤外光域まで計測可能なAR（Acoustical Resolution）型光音響イメージング顕微鏡の構築を行った。多波長計測の際，高速化の妨げとなるレンズ屈折率の波長依存性による焦点の再調整時間を短縮するため、チューナルブレンズを用いた焦点域の自動調整機構を考案し、実際に作製した。
(2) 全細胞動態イメージング技術： 構造化されたシート光を実現する技術を開発した。上記構造化シート光により励起された蛍光像から数学的に共焦点画像を構築する画像数学技術を開発し、その有効性が確認された。さらに、この構造化シート照明を多軸にする新規光学系を構築した。上記顕微鏡を用いて、マウス初期胚においてほぼ単細胞精度で5分毎24時間の連続撮像に成功した。あわせて、1000nm超蛍光観察技術を当該顕微鏡に導入した。この領域には遺伝子にコードされた蛍光蛋白質が存在しないため、本研究ではHalo-tagおよびSNAP-tagを融合したH2Bタンパク質を発現するトランスジェニックマウスを開発した。その他、代替技術用途のため、発光タンパク質による高速レポーター、遺伝子にコードされたMRI/超音波プローブの開発も行った。
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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
像を立体的に捉える顕微鏡として、ライトフィールド顕微鏡の原理を応用した三次元広視野『発光』顕微鏡の開発がほぼ進んでいない。その他については計画通りか、もしくは、若干計画以上に進んでいる。これは、光音響イメージング技術による蛍光蛋白質の観察が有効であると判断し、リソースを集中したからである。まず、光音響イメージング技術をシンギュラリティ現象を観察できる程度にまで成熟させ、そののちに三次元広視野『発光』顕微鏡の開発に着手する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、二つの技術（非侵襲生理機能イメージング法、および、全細胞動態イメージング技術）を開発してきたが、ここまでほぼ計画通りに進捗している。
(1) 非侵襲生理機能イメージング法：前年度までに構築したAR（Acoustical Resolution）型を用いて小動物の計測を行うととに、到達深度は浅いが励起光の集束とビーム走査により、高速で数μmの高解像で光音響像が得られるOptical Resolution（OR）型光音響イメージング顕微鏡を構築する。これを用いて、疾患の進行に伴う光音響像の変化から病態変化の検出の可能性を検証する。また、既存および開発中の分子プローブを組織に注入した際の光音響特性を詳細に評価して、結果をフィードバックし、最適な分子プローブ開発を促進させる。さらに、開発された分子プローブと組み合わせることで、OR型光音響顕微鏡の到達深度と機能の向上をはかり、疾患モデルのin vivoでの長期モニタリングにより、光音響信号の時間変化から特異点検出の可能性を検証する。
(2) 全細胞動態イメージング技術： 当初の予定通り、前年度までに、必要とされる基盤技術の開発およびプロタイプによる実証実験が終了している。現在、汎用実機の構築を行っており、令和2年度8月に構築完了する予定である。同12月までに制御ソフトウェアを整備し、令和3年度初期に公開する。実用をもとにフィードバッグを得て装置およびソフトウェアの最適化を行う。1000nm超蛍光観察技術については、引き続きプロトタイプによる実証実験、および、SNAP-tagによるin vivo近赤外イメージング技術を確立する。さらに、単細胞ピックアップ技術を導入する。取り出した組織系にてシンギュラリティ細胞の役割等を明らかにするため、他研究班が開発した細胞ピックアップ技術を導入し、単細胞の遺伝子発現解析を行う。
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Research Products
(33 results)
