Development of deep-tissue super-resolution imaging using the second near-infrared window and its application to regenerative medicine

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Niioka Hirohiko 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 特任准教授(常勤) (70552074)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長原 一 大阪大学, データビリティフロンティア機構, 教授 (80362648) ; 山中 真仁 大阪大学, 工学研究科, 特任准教授(常勤) (90648221) ; 古川 太一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (70749043)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 超解像顕微鏡 / 生体深部イメージング / 近赤外第二領域 / 蛍光プローブ / 再生医療

Outline of Final Research Achievements

We have developed a deep tissue super-resolution imaging microscopy for application to regenerative medicine technology. We synthesized fluorescent probes that can be observed with light in NIR-II window region (wavelengths from 950 nm to 1600 nm), which is highly transparent to cellular tissues, and constructed a laser scanning microscopy to observe them. NaYF4:Yb nanoparticles exhibiting 980 nm excitation 1030 nm fluorescence were successfully synthesized as fluorescent probes. Using the newly developed super-resolution microscope optics, we succeeded in deep super-resolution imaging through biomimetic materials. Since it is difficult to obtain high-contrast images in deep imaging of cellular tissue, which results in noisy images, we also developed an deep learning-based noise reduction model.

Free Research Field

バイオイメージング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

第二近赤外窓領域(波長950 nmから1600 nm)の光と希土類蛍光ナノ粒子を用いて、細胞組織深部超解像顕微イメージング技術の研究を行った。細胞組織深部の細胞を生きたまま超解像イメージングする技術が確立されることで、オルガノイドやスフェロイドなどの再生医療を目的とした細胞組織の詳細な観察が可能となる。細胞の状態や治療効果をモニタリングできるようになれば、今後の再生医療用製品の効果や安全性を担保する技術となりえる。