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Bio-Chemical Imaging with quantum beam based elemental analyses for intracellular bio-metal Dynamics

Planned Research

Project AreaIntegrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
Project/Area Number 19H05775
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

Takeda Shino  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 放射線規制科学研究部, 上席研究員 (00272203)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥66,820,000 (Direct Cost: ¥51,400,000、Indirect Cost: ¥15,420,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2019: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Keywords生命金属 / 蛍光X線分析 / イメージング / ウラン / 生命金属動態 / ケミカルイメージング / バイオイメージング / 分布 / 局在 / 腎臓 / 化学状態分析 / 量子ビーム / XAFS / 蛍光X線分析
Outline of Research at the Start

組織構造特有の反射光を高分解能で分離するハイパースペクトル技術を導入し、組織・細胞試料を無処置・無染色で微細構造あるいは細胞小器官や生体分子分布のバイオイメージングを取得、同一試料に対してPIXE、SR-XRF、XAFS分析等の非破壊量子ビーム分析によるケミカルイメージング解析を行うバイオ・ケミカルイメージング手法の確立を行う。これまでミクロンレベルで組織局在・濃集様態を把握している腎臓ウラン動物モデル等を主体に解析を進め、濃集部の細胞内小器官を同定、尿細管輸送や生体内還元、生体ミネラリゼーションなどの分子解析を並行して進め、細胞内局在・濃集の元素特性とその形成機序を明らかにしていく。

Outline of Final Research Achievements

To understand the dynamics of bio-metals, it is necessary to obtain information on the distribution and chemical forms of bio-metals under conditions that are as close as possible to the in vivo environment with preserving the microstructure and cellular arrangement of tissues. In this study, we have investigated the intercellular dynamics of bio-metals by chemical imaging using synchrotron radiation and proton beams and bioimaging using autofluorescence and reflected light. Intracellular elemental imaging and quantification at 100 nano-spatial resolution was achieved. Collaboration within the bio-metal science has enabled us to examine measurement samples from plants to human tissues, from hard tissues such as bones and teeth to soft tissues such as kidneys and gastrointestinal tracts, and to advance the analysis of bio-metal distribution from light elements to heavy metals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

微小ビームを用いた元素イメージングにより、生命金属の細胞内局在・濃集部に関連する情報を構築することができた。これらの知見は生命金属が生命の維持に果たす役割の理解や有害金属の毒性軽減研究、元素利用戦略など健康科学に向けた展開が期待できる。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (83 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 3 results) Presentation (69 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 12 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] マンガンとカルシウムのリン酸塩共沈の合成とX 線分析2024

    • Author(s)
      寺内美裕、佐藤遼太朗、武田志乃、薬丸晴子、小笠原諭、村田武士、沼子千弥
    • Journal Title

      X 線分析の進歩

      Volume: 55 Pages: 305-315

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      Haruko Yakumaru, Izumi Tanaka, Kyoko Ayama, Chiya Numako, Yasuko Terada, Masato Hoshino, Kentaro Uesugi, Hiroshi Ishihara, Shino Homma-Takeda
    • Journal Title

      Biological Trace Element Research

      Volume: - Issue: 1 Pages: 243-248

    • DOI

      10.1007/s12011-024-04145-0

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    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

      Volume: 553 Pages: 165386-165386

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2024.165386

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      薬丸晴子、田中泉、沼子千弥、加藤由悟、田中美香、横地和子、阿山香子、上原章寛、関澤央輝、新田清文、石原弘、武田志乃
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      X線分析の進歩

      Volume: 54 Pages: 139-146

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      Analytical Methods

      Volume: 14 Issue: 24 Pages: 2439-2445

    • DOI

      10.1039/d2ay00565d

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      Volume: 53 Pages: 127-138

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      A. Uehara, M. Oikawa, I. Tanaka, H. Ishihara, S. Homma-Takeda
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      Volume: 11 Issue: 2 Pages: 147-147

    • DOI

      10.3390/min11020147

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      武田志乃、吉田峻規、沼子千弥、及川将一、上原章寛、田中泉、石原弘
    • Journal Title

      X線分析の進歩

      Volume: 51 Pages: 91-96

    • NAID

      40022215511

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      薬丸晴子、加藤由悟、上原章寛、及川将一、沼子千弥、田中泉、石原弘、武田志乃
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      薬丸晴子、田中泉、加藤由悟、阿山香子、沼子千弥、関澤央輝、新田清文、上原章寛、石原弘、武田志乃
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      佐藤遼太朗、上原章寛、沼子千弥、加藤由悟、松村大樹、辻卓也、薬丸晴子、田中泉、石原弘、武田志乃
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Published: 2019-07-04   Modified: 2025-01-30  

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