第2、3の生体窓と高次非線形光学効果を駆使した深部超解像蛍光イメージング

2024 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23K25178
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山中 真仁 大阪大学, 大学院工学研究科, 特任准教授(常勤) (90648221)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646) ; 新岡 宏彦 九州大学, データ駆動イノベーション推進本部, 教授 (70552074)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 近赤外 / 深部イメージング / 蛍光 / 高空間分解能

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生体深部を単一細胞レベルの高解像度で可視化するために、第２および第３の生体窓の波長を積極的に活用した蛍光イメージング技術の開発を目的とし、研究開発を進めてきた。昨年度には、これらの光を用いた高空間分解能レーザー走査蛍光顕微鏡に、デフォーマブルミラーを用いた保証光学系を組み込み、深部観察時における収差の補正を可能とした。本年度は、得られる蛍光像の空間分解能およびコントラストを向上させるため、光学系の設計最適化および波面制御の高度化に取り組み、単一細胞レベルでの深部観察を実現するシステムへと改良した。また、高空間分解能を有するレーザー走査蛍光顕微鏡は観察に長い時間をようするという課題があることから、高空間分解能で観察すべき部位を事前に絞り込むための補助技術として、第2の生体窓の波長域の光を用いた広視野蛍光顕微鏡も開発し、レーザー走査蛍光顕微鏡と統合した。この広視野システムでは、試料に近赤外光を広域に照射し、近赤外波長域で高感度を有するカメラにより蛍光信号を検出することで、広範囲の蛍光像を取得するものである。開発した顕微鏡システムを用いて生体試料を観察し、深部観察で得られた蛍光画像にAIを用いたノイズリダクションを適用した。その結果、深部観察で得られた信号対ノイズ比の低い蛍光画像においても、空間分解能の低下を抑えつつ、信号対ノイズ比を大幅に向上した蛍光画像が得られることを確認した。これらの成果により、生体深部の高精細観察へ向けた実用的な顕微鏡観察プラットフォームの構築に前進したと言える。