2014 Fiscal Year Annual Research Report
全身の結合組織線維芽細胞のFIB/SEMトモグラフィによる三次元超微形態解析
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26293040
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
中村 桂一郎 久留米大学, 医学部, 教授 (20172398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 啓介 久留米大学, 医学部, 准教授 (00258401)
金澤 知之進 久留米大学, 医学部, 講師 (50529518)
力丸 由起子(西由起子) 久留米大学, 医学部, 助教 (90368960)
東 龍平 久留米大学, 医学部, 技能職員 (70569516)
都合 亜記暢 久留米大学, 医学部, 技能職員 (80569517)
林 篤正 久留米大学, 医学部, 講師 (20341357)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 線維芽細胞 / 間質組織 / 平滑筋 / 間葉細胞 / 次世代電子顕微鏡 / FIB/SEM tomography / ブロック表面SEM観察(BFI) / 三次元超微形態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全身の間葉組織・結合組織の枠組みを構成する間質細胞群（stromal cells; 線維芽細胞および線維芽細胞様細胞等）の個々の細胞の三次元微細構造と組織構築の解析を目的に、次世代走査型電子顕微鏡FIB/SEM（Quanta 3D FEG, FEI）をもちいた三次元微細構造解析を進めている。この領域に存在する細胞の機能的特徴を把握するため、PDGFR、c-Kit等のレセプター型チロシンキナーゼや細胞の電気的興奮に拘わるイオンチャネルであるSK3に対する抗体をもちいた免疫組織化学法による検討を進めており、H26年度本科研費で購入したキーエンス一体型蛍光顕微鏡はその目的で活用されている。ところで、このような光顕レベルの観察や結合組織除去法により作製された標本のSEM観察により、細い突起を四方に出した星型の細胞が存在することが示されているものの、それらの方法は固定法の脆弱さや、試料作製過程における細胞破壊の可能性がぬぐいきれず、それらの所見が本来の細胞の姿を捉えているかどうか、必ずしも信頼しきれなかった。本研究では、より厳密な固定法により保持され、2～20nmというこれまでの透過電顕の超薄切片（50～100nm）の半分以下の切削厚での観察を実現するFIB/SEM連続微細構造観察法（FIB/SEM tomography）をもちいることにより、これらの細胞は我々が精嚢において報告してきた間葉細胞に似て、想像以上にうねりながら広く拡がる水かき様の薄膜構造をもつことが観察され、また、隣接する細胞は各所で機械的に連結され、ネットワークを形成していることが示された。また、分担者らが、泌尿器・生殖器系臓器、腱・骨・骨格筋、皮膚真皮、歯根膜、歯髄、髄膜、神経系組織、その他の臓器･器官の結合組織の間質細胞が類似の形状と隣接細胞間の機械的連結によるネットワークを観察し、各臓器・器官により高度な機能的分化が見られるものの、間質細胞に共通の形態的特徴が示されつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、FIB/SEMをもちいて一晩に約1000枚取得される連続超微形態画像について、画像解析ソフトであるAmiraをもちいて特定の細胞のセグメンテーションを行い、そのデータに基づいて三次元微細構造再構築を行っている。
本手法は医学生物学研究に導入されたばかりであり、画像解析に予想以上の時間と労力を必要とする。また、研究遂行の過程において、本研究でもちいる顕微画像はこれまでのものに比して圧倒的に大きいデータセットであることが明らかとなってきた。これを克服するために、現在、放射線医学領域のCTやMRI画像の三次元表現技法等の導入を模索中である。それと並行して、研究分担者により、様々な臓器・器官の結合組織細胞の解析が進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの達成度の項で述べたように、これまでに例のない画像ビッグデータ処理の手法の開発・導入を計る。同時に、研究分担者により、様々な臓器・器官の結合組織にみられる間質細胞/線維芽細胞を逐一再構築し、それらの共通の形態的特徴に迫る。
研究遂行の過程において、本研究でもちいる顕微画像はこれまでのものに比して圧倒的に大きいデータセットであることが明らかとなってきた。これを克服するために、現在、放射線医学領域のCTやMRI画像の三次元表現技法等の導入を模索中である。それと並行して、研究分担者により、様々な臓器・器官の結合組織細胞の解析が進行している。
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| Causes of Carryover |
本研究の柱であるFIB/SEMを稼働するために消耗品が必須である。画像取得はセミオートでなされるため、ビッグデータが取得される分、それらの消費量は莫大なものとなる。本研究計画で形状している経費にはこの消耗費代が含まれているものの、H26年度においては、当該研究からの支出には至らず、研究全体の進行の都合により新年度早々の支出となったものである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H26年度に予定していたFIB/SEM消耗品購入がH27年度に連れ込んだために次年度使用額が生じ、H27年度に予定通り使用する見込みである。
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Research Products
(35 results)
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[Journal Article] Ectopic automaticity induced in ventricular myocytes by transgenic overexpression of HCN2.2015
Author(s)
Kensuke Oshita, Masayuki Itoh, Shingo Hirashima, Yoshihiro Kuwabara, Keiko Ishihara, Koichiro Kuwahara, Kazuwa Nakao, Takeshi Kimura, Kei-ichiro Nakamura, Kazuo Ushijima, Makoto Takanoa
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Journal Title
Journal of Molecular and Cellular Cardiology
Volume: 80
Pages: 81-89
Peer Reviewed
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[Journal Article] Subcutaneous transplantation promotes organ formation of the fetal rat urogenital sinus2015
Author(s)
Kei-ichiro Uemura, Keisuke Ohta, Tomonoshin Kanazawa, Tokumasa Hayashi, Ryuichiro Tanoue, Munetake Yoshitomi, Shingo Hirashima, Shigetaka Suekane, Kei Matsuoka, Tsukasa Igawa, Kei-ichiro Nakamura
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Journal Title
Acta Histochemica
Volume: 6
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Eiichiro Tanaka, Genzou Takemura, Ken-ichiro Kosai, Yushiro Yamashita, Toyojiro Matsuishi. Disturbance of cardiac gene expression and cardiomyocyte structure predisposes Mecp2-null mice to arrhythmias2015
Author(s)
Munetsugu Hara, Tomoyuki Takahashi, Chiaki Mitsumasu, Sachiyo Igata, Makoto Takano, Tomoko Minami, Hideo Yasukawa, Satoko Okayama, Keiichiro Nakamura, Yasunori Okabe
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Journal Title
SCIENTIFIC REPORTS
Volume: ***
Pages: in press
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] A novel stromal cell network visualized by FIB/SEM tomography2015
Author(s)
Kei-ichiro Nakamura, Ryuhei Higashi, Mitsue Takeya, Tokumasa Hayashi, Shingo Hirashima, Tomonoshin Kanazawa, Michael Nguyen, Richard Lang, Hikaru Hashitani, Keisuke Ohta
Organizer
Symposium “Multicellular Inputs Regulating Muscle Excitability”
Place of Presentation
リノ・アメリカ合衆国
Year and Date
2015-06-14 – 2015-06-17
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