2016 Fiscal Year Research-status Report
リアルタイム生体イメージングによる網羅的な細胞動態の解析
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16K12525
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松田 秀雄 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (50183950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀬尾 茂人 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (30432462)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 細胞イメージング / 細胞動態 / イメージング解析 / 免疫細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．intravital imagingデータからの炎症部位の予測
細胞の動きを検出する方法として、オプティカルフローに基づく手法を用いることで、血管中の環境変化に対する免疫細胞の遊走の変化を解析した。イメージングのデータとしては、炎症誘導物質であるリボ多糖の投与の有無で分けた2種類のマウスの血管を二光子励起顕微鏡で経時的に観察した動画像データを使用した。炎症部位として、免疫細胞と血管内皮との相互作用の領域を求めるのに、単純に速度ベクトルが小さい領域を求めてしまうと、免疫細胞が全くないかごく少数しか存在しなかった領域も含まれてしまう恐れがある。そこで、細胞領域と背景の２状態の隠れマルコフモデルを作成し、画像中の画素ごとの輝度情報の時間的な変化をもとにモデルを最適化することで、各時点でその画素が細胞領域か背景かを判別する手法を開発した。前述のオプティカルフローの速度ベクトルとこの領域判別法とを組み合わせることで、細胞領域でかつ速度ベクトルが小さい領域を炎症部位の候補として検出することができた。
２．免疫細胞の遊走追跡のための数理モデルの構築
免疫細胞の細胞動態の数理モデルとして、血流による輸送と血管内皮との接着による相互作用を定量化するため、前述の細胞領域の速度変化に加えて、細胞追跡手法の高精度化を行った。本手法は、細胞の移動をモデル化した大域的な領域対応付けに基づいており、まず信頼度の高い局所的な対応付けであるトラックレットを生成し、それを周囲に拡大して大域的に最適化することで全体の細胞の軌跡を作成する。この手法における細胞間の対応付けの信頼度は距離が近いほど高く定められているが、免疫細胞は短時間で急激に移動する細胞とそうでないものが混在しているため、一律に決定することが難しい。そこで、移動のパターンごとに細胞を分類し、それぞれで信頼度を調整することで、より精度の高い細胞追跡手法を開発した。
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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
当初の計画にあった、オプティカルフローによる免疫細胞の動態解析による血管内皮との相互作用の領域の予測手法と、免疫細胞の移動をモデル化した細胞領域対応付け手法を開発し、実際の炎症時の免疫細胞の経時観察動画像データに適用した結果を評価することが可能となり、免疫細胞の細胞動態を解析する基盤が構築できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
リポ多糖や他のケモカインを投与したときの、免疫細胞が血管内皮と接着する部位と接着因子の発現との関係、および抗炎症薬剤を投与したときの接着因子の発現の変化とそれによる免疫細胞の挙動の変化を、それぞれintravital imagingにより観察し、開発した細胞動態解析手法を適用することで、炎症部付近での免疫細胞の接着力の定量的かつ経時的な解析を行う。これをもとに、炎症がさらに進行した場合に生じる、免疫細胞の血管内皮への浸潤のモデル化を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度は、細胞動態の解析手法の開発に向けて、既存手法の問題点やそれを解決するための手法の改良に集中し、既存の画像データのみに対する条件検討と性能評価が主であったため、当初の計画よりも費用が抑えられた。次年度では、本年度の研究成果を踏まえて、新たな観察画像データの取得による解析対象の拡大と、研究成果の対外発表をさらに活発に行う予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新たな観察画像データの大幅な拡大にともなうストレージ装置や、解析対象の大規模化に伴う計算資源の拡充に必要な物品費および計算機使用料に加えて、ソフトウェア開発に必要な計算機消耗品等や、研究成果の発表のための論文校閲費や旅費と会議参加費等の経費として使用する。
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