2019 Fiscal Year Annual Research Report
Super-resolution imaging with distance measurement at 1 nm accuracy in live cells
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19H03202
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
松田 厚志 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (20585723)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浜崎 淳一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (80399980)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超解像顕微鏡 / 核膜孔複合体 / 距離計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
距離計測に関して、約30nmの精度で核膜孔複合体のタンパク質の距離を計測した結果を発表した（Asakawa et al., 2019）。この研究の中で、1nmの精度を恒常的に得るためには高精度の光学収差補正を組み込む必要があることが明らかになった。
超解像顕微鏡の構築に関して、当初の予定通り研究を進めたところ、光のスポットは小さくなったにもかかわらず、分解能が向上しないという矛盾が生じた。この原因を追及し、理論の再検証を行い、異なる方法で研究実現の目処を立てていたが、コロナウィルス感染症による感染拡大の影響を受け、共同研究が進められず、研究は遅れた。その一方、光学シミュレーションを予定より拡大して行ったところ、予想外の結果を得た。すなわち、従来のように光学的手法に寄らずとも、計算機上で光学収差を補正できる新しい方法を開発できる可能性を発見した。今後は、この光学収差補正法を拡充させ、距離計測法と超解像顕微鏡法に適用し、精度を向上させることを目指す。
また、距離計測に必須となる色収差補正技術に関して、公開しているソフトウェアの補正精度をさらに向上し、その結果をまとめて使用方法と合わせて公開した（Matsuda et al., 2020）。
また、距離計測法に関して重要になる光学収差補正を行うための新しい波面センサーの開発し発表した（Ashida et al., 2020）。
その他、超解像顕微鏡と関わるホログラフィック顕微鏡を用いて僅か5枚のホログラフィー画像から2色3次元の画像を再構築することに成功した（Tahara et al., 2020）。また、超解像顕微鏡を用いて微細な生体構造を明らかにし、発表した（Ogi et al., 2019, Murawska et al., 2020, Low et al., 2021, Ding et al., 2021）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光の高次横モードを使用した超解像顕微鏡の構築を開始するにあたり、理論的検証と実験の結果、当初の予想に反し、分解能を向上できないという矛盾が生じた。研究遂行上、これを解決することが必要となり、光学シミュレーションを行い、当初の予定とは異なる手法が有効であることを突き止めた。この結果に基づき、顕微鏡の改変と追加の光学実験を実施する予定であったが、コロナウィルス感染症による感染拡大による研究所の方針により、出張や研究者の受け入れが困難となり、共同研究者と行う必須の光学実験が出来ない状況が続いた。この結果、この研究に大幅な遅れが生じた。このように光学実験が出来ない状況であったため、光学シミュレーションを予定より拡大して行ったところ、従来のように光学的手法に寄らずとも、計算機上で似たような効果が得られることを発見した。これにより、距離計測法に必須となる光学収差補正を計算機上で実現出来ることを見いだし、総合的には、遅れを取り戻し、次年度に向けて飛躍的に推進できる可能性を見いだしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における光学シミュレーションにより見いだした計算による光学収差補正技術を拡充させ、距離計測法と超解像顕微鏡法に適用することを目指す。また、計算に必要な処理を可能な限り省略することで計算時間を短縮させ、リアルタイムでの収差補正を目指す。さらに、この方法は生体深部イメージングでも効果を発揮できると考えられるため、深部イメージングへの適用も検討する。また、超短パルスレーザーにより分解能をさらに向上できる可能性も検討する。さらに、コロナウィルス感染症が落ち着いた段階で、共同研究者と共同で行う光学実験も進め、距離計測法や超解像顕微鏡の開発も予定通り進める。
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[Presentation] Asymmetrical localization of Nup107-160 subcomplex components within the nuclear pore complex in fission yeast2019
Author(s)
Asakawa H, Kojidani T, Yang H-J, Ohtsuki C, Osakada Y, Matsuda A, Iwamoto M, Chikashige Y, Nagao K, Obuse C, Hiraoka Y, Haraguchi T
Organizer
EMBO The International Fission Yeast Meeting
Int'l Joint Research
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