2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of cell function editing technology with fast 3D measurement and local-field light perturbation
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18H05371
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
清末 優子 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, ユニットリーダー (90568403)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 善博 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任准教授 (10376642)
的場 修 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (20282593)
ARJUNAN SATYA 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (70575125) [Withdrawn]
和氣 弘明 神戸大学, 医学研究科, 教授 (90455220)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 格子光シート顕微鏡 / ライブイメージング / ホログラム光刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、分子や細胞の機能を解析するための新たな実験手法を構築するため、かつてない時空間分解能で細胞の三次元ライブイメージングが可能な「格子光シート顕微鏡」を導入し、そこに任意の時空間制御が可能なホログラム光刺激を導入するための開発を行う。格子光シート顕微鏡の技術情報（作製図面や制御プログラム等）は開発者であるBetzig研（ハワードヒューズ医学研究所）から提供を受け、ホログラム光刺激は共同研究者である和氣・的場チームの協力を得て新たに開発する。
2018年度には、格子光シート顕微鏡の部品が揃い、レーザー2本（488 nm, 560 nm）を搭載するシステムの組み立てを完了した。完成しデータが取得できたことで、修正箇所や、継続的に安定稼動するために必要な改良点、撮影にあたって新たなツールを作成する必要があることが明確になった。
装置の改良においては、設計上安定性が悪く光軸のズレを生じやすかったいくつかの部品を交換し、調整が困難な場所に設置されていた光学ユニットの配置を変更するなどした。また、今後ホログラム光刺激を導入するため、ホログラムを生成するための空間光位相変調器の機種選定を行い導入した。
撮影に際しては、テスト撮影した画像の”プレビュー”機能の開発が必要となた。本システムでは、画像は最初、空間が直行するxyzではなく軸のひとつがスキューし歪んだものとして得られるため、計算により歪みを修正することでxyz像を得る。現在のシステムではタイムラプス撮影終了後に全データを演算専用のハイスペックPCで演算を行うことしか出来ないため、テスト撮影時にサンプルや画像のクオリティの判定が出来るように、速やかに3Dプレビュー表示機能を開発する必要がある。
さらに、本システムを用いて行う生命科学研究のため、新規レポーターマウスの樹立やサンプル調整、予備検討を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初、2年度中の顕微鏡の完成を目指していたが、初年度中に完成しデータを取得することができた。それにより改善項目が明確になりシステムの高度化に着手することができており、当所の計画よりも早く進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに完成した格子光シート顕微鏡の初号機に、光学系の安定性や使い易さを向上するための改良を加えつつ、ホログラム光刺激を搭載する光学設計を行う。今後予定している改良点やアップグレード項目は以下である。
１．ハードウェア：空間光変調器の位置安定性の向上、顕微鏡へのレーザー導入部の不安定なミラーの交換、励起光強度増強のためのシリンドリカルレンズセットの追加搭載、多波長撮影のためのセカンドカメラの搭載など
２．ソフトウェア：サンプルのテスト撮影時に3Dプレビューするためのソフトウェア開発、格子光シート顕微鏡にホログラム光刺激を導入するためのプログラム開発など
ハードウェアについては、設計を進め、選定した機器の一部を導入しているので、顕微鏡への搭載を進める。ソフトウェアについては、共同研究者Arjunanが格子光シート顕微鏡画像の視覚化ソフトウェアの構築を進めており、そこにクイック3Dプレビュー機能を搭載する開発を進める。
Arjunanは国外への移籍（University of New SouthWales, Sydney）により12月に本課題から離脱したが、国外研究者とも共同研究可能なプログラムで共同研究を続けており、今後の研究継続に支障はない。顕微鏡の高度化のためには、光学設計に豊富な経験を持つ米国カリフォルニア大学サンディエゴ校のイメージングセンターとの共同研究を開始した。本顕微鏡システムを用いた共同研究では、米国Janelia Research Canpus、台湾中央研究院（Academia Sinica）との共同研究を続けている。また、格子光シート顕微鏡に関わる開発研究や、これを利用して生命科学研究を行うために利用者として参画する共同研究者が多数新たに参加してきているので、より広範な発展や波及が見込まれるようになっている。
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[Journal Article] Reaction-diffusion kinetics on lattice at the microscopic scale2019
Author(s)
Chew, W.-X., Kaizu, K., Watabe, M., Muniandy, S. V., Takahashi, K. & Arjunan, S. N. V.
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Journal Title
Physical Review E
Volume: 98
Pages: 032418
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The Innate Immune Receptors TLR2/4 Mediate Repeated Social Defeat Stress-Induced Social Avoidance through Prefrontal Microglial Activation2018
Author(s)
Nie X, Kitaoka S, Tanaka K, Segi-Nishida E, Imoto Y, Ogawa A, Nakano F, Tomohiro A, Nakayama K, Taniguchi M, Mimori-Kiyosue Y, Kakizuka A, Narumiya S, Furuyashiki T
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Journal Title
Neuron
Volume: 99
Pages: 464-479.e7
DOI
Peer Reviewed
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