Development of optical microscope platform to explore singularity cells

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 18H05409
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Watanabe Tomonobu 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 椎名 毅 芝浦工業大学, 公私立大学の部局等, 教授 (40192603)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 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 / 全細胞イメージング

Outline of Final Research Achievements

In order to observe a "singularity phenomenon" which is an irreversible biological phenomenon induced by a "singularity cell" born or produced in rare cases, we have developed a non-invasive physiological function imaging method and a whole-cell imaging technique. The former, based on photoacoustic imaging technology, was developed to measure physiological functions of individual cells in mice in three dimensions in real time, achieving a spatial resolution of 1 micrometer and a temporal resolution of 10 seconds in a 1 square millimeter field of view. The latter, based on light sheet microscopy, we developed structured light-sheet technology and an incubator for light-sheet microscope, achieving a continuous imaging of all cells every 5 minutes for 24 hours during mouse embryogenesis.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今世界では、膨大な相関データを取得し、それらの因果関係性から事象を解明するデータ駆動型サイエンスが主流となりつつある。今後、顕微鏡画像を含む細胞の状態・動き・機能の網羅的な相関情報が集められ、生命現象に紐づいた画像データベースが構築されることが予想される。本研究で開発された技術による観察は、多くの場合で、世界で初めての画像データセットを提供する。たとえば、本研究ではマウス初期胚受精後5.5日における全細胞を24時間に渡り追跡したが、これは世界で初めての実験データである。人工知能を用いた研究戦略では、データの独自性は大きな価値となる。本研究で開発されたイメージング技術は、そこに大きく貢献できる。