データ同化を蛍光顕微鏡イメージングに適用する試み

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21836
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡部 匡己 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 (70599480)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 生物画像シミュレーション / 細胞モデリング / 蛍光イメージング / データ同化

Outline of Annual Research Achievements

細胞内のオルガネラや生体分子などの特性や動態を測定するには、GFPなどの蛍光分子を細胞内の生体分子にタグして観測する「蛍光顕微鏡イメージング」がよく使われている。しかし、これらの方法ではタグされた生体分子が存在する領域の要素の分布や動態について知ることはできるが、それ以外の細胞内領域は観測できていないため、その構成要素の分布や動態を解析することはほとんどできていない（図１）。また、タグされた生体分子が、どのようにして観測できていない領域に存在する要素と相互作用しているのかは、ほとんど明らかになっていない。観測できていない領域の要素や動態を補完するための技術が、天気予報や地球物理などの幅広い分野でよく使われている「データ同化」の技術である。本研究では、データ同化を蛍光顕微鏡イメージングに適用して、観測できていない細胞内領域に存在する各オルガネラの物理情報（特に、屈折率と吸光係数）の分布を再構築することを計画している。
現時点では、研究計画の「細胞モデリング」と「生物画像シミュレーションの実装」に取り掛かっている。具体的には、以下の３つを進めている。
（１）細胞モデル：シゾン細胞の電験データをインプットとして細胞モデルを構築
（２）PALMシミュレータの実装
（３）上記の課題の成果として論文を執筆中
変更点：当初はLLSMシミュレータの実装を計画していたが、研究協力をしてくれる実験家の顕微鏡設定に合わせてるために、PALMシミュレータの実装に変更した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通りに進行中

Strategy for Future Research Activity

今年度中に、上記の３つの課題をクリアして、データ同化の実装に移行することを目標としている。

Causes of Carryover

(理由)
当初、海外で行われる学会に参加するために海外出張の旅費に割り当てることを予定していたが、COVID19の状況から断念。
(使用計画)
余った額を論文の投稿費用やコンピュータアクセサリ購入費用に充てる。