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Multi-dimensional, less-invasive intravital imaging based on high-speed two-photon microscopy

Research Project

Project/Area Number 23K24019
Project/Area Number (Other) 22H02756 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
Research InstitutionJuntendo University

Principal Investigator

大友 康平  順天堂大学, 大学院医学研究科, 准教授 (40547204)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Keywordsバイオイメージング / 二光子顕微鏡 / スピニングディスク共焦点顕微鏡 / ボリュームイメージング / ナノマテリアル / ライトシート顕微鏡 / 蛍光顕微鏡 / 高速イメージング / 二光子顕微鏡法 / ベッセルビーム
Outline of Research at the Start

本研究では、研究代表者が開発を進めてきた二光子スピニングディスク顕微鏡法と光ニードル顕微鏡法からなる新規相関顕微鏡を開発する。これにより、既存技術では達成し得ない速度で、生体試料を二次元・三次元的に可視化する技術基盤を構築する。両先端イメージング法の相補的融合により、細胞、組織、生物個体の多階層に対し、必要最小限の照射光子数で超高速・細胞小器官分解能を達成する顕微鏡システム像、撮像条件を見出す。

Outline of Annual Research Achievements

本課題は、生体内現象の高速可視化・低侵襲可視化を主眼に置いた顕微イメージング技術開発を目的とする。
2023 年度は、研究代表者がこれまでに取り組んできた高速生体イメージング技術である二光子スピニングディスク共焦点顕微鏡法について、更なる技術改変を達成した。具体的には、液体レンズによる焦点面走査機構を導入することにより、生体脳の高速三次元体積イメージングに成功した。本成果は原著論文として投稿され、受理された (Ataka et al., Biomed. Opt. Express 2024)。
また、生体脳イメージングについて、生体脳形状を保持したまま長期間にわたって観察が可能な新規光学窓の作成に成功した。本成果も原著論文として投稿され、受理された (Takahashi et al., Commun. Biol. 2024)。
さらに、本課題から派生して簡易的かつハイスループットな光シート顕微鏡法の開発に成功したことから、プレプリントの投稿 (Otomo et al., bioRxiv 2023)、GitHubを経由したopen source化を行なった。
関連する顕微光学技術について、日本語総説執筆、日本語書籍分担執筆を行い、上記の成果についても一部報告を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では想定していなかった新技術として、簡易的な光シート顕微鏡法の開発に成功した。

Strategy for Future Research Activity

確立してきたイメージング技術について、高速撮像性能・低侵襲性能に基づく生体イメージング応用を展開する。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 10 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Large-scale cranial window for in vivo mouse brain imaging utilizing fluoropolymer nanosheet and light-curable resin2024

    • Author(s)
      Takahashi Taiga、Zhang Hong、Agetsuma Masakazu、Nabekura Junichi、Otomo Kohei、Okamura Yosuke、Nemoto Tomomi
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 232-232

    • DOI

      10.1038/s42003-024-05865-8

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multibeam continuous axial scanning two-photon microscopy for in vivo volumetric imaging in mouse brain2024

    • Author(s)
      Ataka Mitsutoshi、Otomo Kohei、Enoki Ryosuke、Ishii Hirokazu、Tsutsumi Motosuke、Kozawa Yuichi、Sato Shunichi、Nemoto Tomomi
    • Journal Title

      Biomedical Optics Express

      Volume: 15 Issue: 2 Pages: 1089-1089

    • DOI

      10.1364/boe.514826

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ライトシート蛍光顕微鏡と組織透明化技術の概論2024

    • Author(s)
      吉川亮, 大友康平, 洲崎悦生
    • Journal Title

      OPTRONICS

      Volume: 43 Pages: 65-69

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Autophagosome development and chloroplast segmentation occur synchronously for piecemeal degradation of chloroplasts2023

    • Author(s)
      Izumi Masanori、Nakamura Sakuya、Otomo Kohei、Ishida Hiroyuki、Hidema Jun、Nemoto Tomomi、Hagihara Shinya
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: 1-37

    • DOI

      10.1101/2023.10.11.561947

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] All-synchronized picosecond pulses and time-gated detection improve the spatial resolution of two-photon STED microscopy in brain tissue imaging2023

    • Author(s)
      Hirokazu Ishii、Kohei Otomo、Ching-Pu Chang、Miwako Yamasaki、Masahiko Watanabe、Hiroyuki Yokoyama、Tomomi Nemoto
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 18(8) Issue: 8 Pages: 7462-7467

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0290550

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] descSPIM: Affordable and Easy-to-Build Light-Sheet Microscopy for Tissue Clearing Technique Users2023

    • Author(s)
      Otomo K, Omura T, Nozawa Y, Saito Y, Susaki EA
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: 1-25

    • DOI

      10.1101/2023.05.02.539136

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Absorption, fluorescence, and two-photon excitation ability of 5-phenyl-13-arylisoindolo[2,1-a]quinolines prepared by one-pot reaction of ring-closing metathesis and 1,3-dipolar cycloaddition2023

    • Author(s)
      Ramon Avena Francisco、Wada Yuki、Ishii Hirokazu、Watakabe Yuki、Tsutsumi Motosuke、Jang Kwangkyun、Otomo Kohei、Qiao Lin、Fujii Yuki、Tsujino Hirofumi、Tsutsumi Yasuo、Nemoto Tomomi、Arisawa Mitsuhiro
    • Journal Title

      Dyes and Pigments

      Volume: 212 Pages: 111118-111118

    • DOI

      10.1016/j.dyepig.2023.111118

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improving two-photon excitation microscopy for sharper and faster biological imaging2023

    • Author(s)
      Otomo Kohei、Ishii Hirokazu、Nemoto Tomomi
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.0009

    • ISSN
      2189-4779
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single-scan volumetric imaging throughout thick tissue specimens by one-touch installable light-needle creating device2022

    • Author(s)
      Chang Ching-Pu、Otomo Kohei、Kozawa Yuichi、Ishii Hirokazu、Yamasaki Miwako、Watanabe Masahiko、Sato Shunichi、Enoki Ryosuke、Nemoto Tomomi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 10468-10468

    • DOI

      10.1038/s41598-022-14647-3

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatial and Temporal Resolution Improvements on 2-Photon Microscopy2022

    • Author(s)
      大友康平、山口和志、石井宏和、根本知己
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 62 Issue: 2 Pages: 131-133

    • DOI

      10.2142/biophys.62.131

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Focusing new light on brain functions: multiphoton microscopy for deep and super-resolution imaging2021

    • Author(s)
      Ishii Hirokazu、Otomo Kohei、Takahashi Taiga、Yamaguchi Kazushi、Nemoto Tomomi
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: - Pages: 00245-5

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.11.011

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Multi-line lasers help simplify light sheet microscopes targeting clinical applications2024

    • Author(s)
      M. Haahr, M. Radmark, K. Otomo, E. A. Susaki, S. Edwards
    • Organizer
      Focus On Microscopy 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] All-pulsed two-photon STED microscopy for brain tissue nanoimaging2024

    • Author(s)
      Hirokazu Ishii, Joe Sakamoto, Kohei Otomo, Tomomi Nemoto
    • Organizer
      Focus On Microscopy 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] descSPIM: affordable and easy-to-build light-sheet microscope for tissue-clearing technique Users2024

    • Author(s)
      Kohei Otomo, Takaki Omura, Yuki Nozawa, Yuri Saito, Yuki Watakabe, Shigehiro Yagishita, Hitoshi Uchida, Kazuki Tainaka, Tomomi Nemoto, Akinobu Hamada, Etsuo A. Susaki
    • Organizer
      Focus On Microscopy 2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] descSPIM: user-affordable DIY light-sheet microscope for tissue-clearing technique users2024

    • Author(s)
      Kohei Otomo
    • Organizer
      IINS Bordeaux & NIPS joint symposium
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 透明化組織イメージング用DIYライトシート顕微鏡の開発とアプリケーション2023

    • Author(s)
      大友康平
    • Organizer
      第 46 回日本分子生物学会年会
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] descSPIM: desk-side 3D imaging with compact DIY light sheet microscope2023

    • Author(s)
      Kohei Otomo, Etsuo A. Susaki
    • Organizer
      IMC20; The 20th International Microscopy Congress
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High speed/throughput bioimaging utilizing novel volumetric fluorescence microscopy2023

    • Author(s)
      Kohei Otomo
    • Organizer
      Neurolunch; Colombia Univ. Biological Sciences
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Novel volumetric fluorescence microscopy for high speed/throughput imaging2023

    • Author(s)
      Kohei Otomo
    • Organizer
      Retreat for Multidimensional Analysis of Memory Mechanisms
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生体内3D構造の縦断可視化に向けた蛍光顕微技術開発2023

    • Author(s)
      大友康平
    • Organizer
      第14回「光塾」
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] デスクサイド三次元組織観察を実現する小型光シート顕微鏡2023

    • Author(s)
      大友康平、洲崎悦生
    • Organizer
      ゲノム再生医療センター研究報告会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Multidimensional intravital imaging based on novel multi-photon microscopic technologies2023

    • Author(s)
      大友康平
    • Organizer
      第 100 回日本生理学会大会
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体の多階層構造を捉える光学断層蛍光イメージング技術開発2022

    • Author(s)
      大友康平
    • Organizer
      生理研研究会 細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 多光子顕微鏡法の高度化~北大電子研での研究とその後2022

    • Author(s)
      大友康平、根本知己
    • Organizer
      北海道大学ニコンイメージングセンター学術講演会
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    • Invited
  • [Presentation] 北海道大学ニコンイメージングセンター学術講演会2022

    • Author(s)
      大友康平
    • Organizer
      光シート顕微鏡ワークショップ
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] descSPIM:ユーザーアフォーダブルな透明化組織用小型光シート顕微鏡2022

    • Author(s)
      野沢裕貴, 大友康平, 斎藤友里, 渡我部ゆき, 根本知己, 洲崎悦生
    • Organizer
      第45回 日本分子生物学会年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Book] ライトシート顕微鏡実践ガイド組織透明化&ライブイメージング (分担執筆:透明化(固定)組織編 I-6 descSPIMの概要と撮影例; シンプルで低コストなDIYライトシート顕微鏡)2023

    • Author(s)
      大村鷹希, 大友康平, 洲﨑悦生
    • Total Pages
      203
    • Publisher
      羊土社
    • ISBN
      9784758122689
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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