低侵襲・高深度三次元生体イメージングのための二光子励起蛍光プローブの開発

• 研究課題/領域番号: 16H04134
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物性化学
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 川俣 純 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40214689)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2017年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 非線形光学 / 二光子吸収 / 赤外発光 / バイオイメージング / 多光子吸収 / 蛍光 / イメージング

研究成果の概要

二光子励起顕微鏡は、生体の内部で生じている現象を非侵襲に、かつ、三次元的に可視化できるツールである。二光子励起顕微鏡を低コスト化すること、そして現在よりも深くまで生体にダメージを与えずに観察できるようにするためには、二光子励起のためのレーザー光を照射した際に高い効率で蛍光を発する物質の開発が必要である。本課題では、蛍光物質の開発を通して、低コストかつ高深度までの三次元イメージングを実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

二光子励起顕微鏡は、生体の営みを動的かつ三次元的に可視化できる装置として注目を集めている。しかし、1億円以上もする高価な機器であるため、共同利用機器として総合大学が導入しているに過ぎない。この装置が高価な理由は、現在使われている蛍光プローブの励起光源に、高価なフェムト秒チタンサファイアレーザーが必要なことにある。本研究で開発された蛍光プローブにより、低コストで取扱が簡単なフェムト秒ファイバーレーザーを光源にした二光子励起イメージングが実現した。この成果は、二光子励起顕微鏡のコスト低下、汎用性の向上を通じて、医学や生物学の研究の発展に貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] コメニウス大学(スロバキア)
• [国際共同研究] トリプラ大学/ボパール工科大学(インド)
• [国際共同研究] バイロイト大学(ドイツ)
• [国際共同研究] コメニウス大学(スロバキア)
• [国際共同研究] トリプラ大学(インド)
• [雑誌論文] Bright and two-photon active red fluorescent dyes that selectively move back and forth between the mitochondria and nucleus upon changing the mitochondrial membrane potential (2018)
  • 著者名/発表者名: Seki Hitomi、Onishi Shozo、Asamura Naoya、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Kaneno Daisuke、Hadano Shingo、Watanabe Shigeru、Niko Yosuke
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry B 巻: 6 号: 45 ページ: 7396-7401
  • DOI: 10.1039/c8tb02415d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitochondrion-selective hemicyanine dyes suitable for fiber laser excitation two-photon microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Moritomo H.、Onishi S.、Asamura N.、Matsumoto K.、Suzuki Y.、Kawamata J.
  • 雑誌名: MRS Communications 巻: 8 号: 3 ページ: 1064-1069
  • DOI: 10.1557/mrc.2018.143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon absorption spectrum of solid solution nanocrystals of ZnS-AgInS2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Suzuki, Shozo Onishi, Kazuya Matsumoto, Takayuki Takiyama, Tatsuya Kameyama, Tsukasa Torimoto, and Jun Kawamata
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 47 ページ: 1475-1477
  • DOI: 10.1246/cl.180718
  • NAID: 130007534800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of the negative charge density on switchable properties of pseudoisocyanine dye (2017)
  • 著者名/発表者名: Matejdes Marian、Himeno Daisuke、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun
  • 雑誌名: Applied Clay Science 巻: 144 ページ: 54-59
  • DOI: 10.1016/j.clay.2017.05.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] The emergent intramolecular hydrogen bonding effect on the electronic structures of organic electron acceptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Takeda, Yasutaka Suzuki, Jun Kawamata, Shin-ichiro Noro, Takayoshi Nakamura, Tomoyuki Akutagawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 号: 35 ページ: 23905-23909
  • DOI: 10.1039/c7cp04402j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biological oxygen sensing via two-photon absorption by an Ir(III) complex using a femtosecond fiber laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Morimoto H, Fujii A, Suzuki Y, Yoshihara T, Tobita S, Kawamata J
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 9 ページ: 092401-092403
  • DOI: 10.7567/jjap.55.092401
  • NAID: 210000147062
  • 査読あり
• [学会発表] Red Fluorescent Compounds for Fiber Laser Excitation Multi-photon Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Syozo Onishi, Yasutaka Suzuki, Jun Kawamata
  • 学会等名: The 3rd Taiwan-Japan Workshop on Nanospace Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Properties of Dyes Confined in Interlayer Spaces of Clay Minerals (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kawamata
  • 学会等名: The 3rd Taiwan-Japan Workshop on Nanospace Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ファイバーレーザー励起による多光子イメージングに適した蛍光化合物の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西省三、松本和也、守友博紀、鈴木康孝、川俣純
  • 学会等名: 日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第8回サマーセミナー
• [学会発表] Mitochondrial Membrane Potential Sensitive Red-Green-Blue Fluorescent Probes for Multi-Photon Microscope (2018)
  • 著者名/発表者名: Shozo Onishi, Naoya Asamura, Hitomi Seki, Yosuke Niko, Seiji, Jun Kawamata, Yasutaka Suzuki
  • 学会等名: MRS spring meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Fluorescent Compounds for Fiber-Laser Excitation Multi-Photon Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Kawamata, Yasutaka Suzuki
  • 学会等名: MRS spring meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シアニン誘導体を用いたファイバーレーザーによる二光子励起イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 大西省三、 松本和也、 浅村直哉、 守友博紀、 鈴木康孝、 川俣純
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] ピリジニウム誘導体をプローブとしたフェムト秒ファイバーレーザー励起多光子蛍光イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 守友博紀、 牧野洋平、 大村悠理子、 浅村直哉、 松下寛史、 大西省三、 鈴木康孝、 川俣純
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] Fiber laser excitable fluorescent compounds for multi-photon imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Kawamata
  • 学会等名: Second International Conference on MATERIAL SCIENCE
  • 発表場所: トリプラ(インド)
  • 年月日: 2017-02-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア染色用赤色発光性化合物の多光子励起挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西省三、 富永亮、 鈴木康孝、 川俣純、 仁子陽輔、 小西玄一
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [学会発表] ミトコンドリア膜電位応答性を示す赤色蛍光プローブ (2017)
  • 著者名/発表者名: 浅村直哉、 大西省三、 関仁望、 仁子陽輔、 鈴木康孝、 川俣純
  • 学会等名: 日本化学会中国四国支部大会
• [学会発表] 赤色発光性ピレン誘導体の二光子励起特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西省三、 富永亮、 鈴木康孝、 川俣純、 仁子陽輔、 小西玄一
  • 学会等名: 日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第6回サマーセミナー
• [学会発表] フェムト秒ファイバーレーザーを光源としたマルチフォトンイメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 川俣純
  • 学会等名: 第13回バイオオプティクス研究会
  • 発表場所: 前橋工科大学(群馬県・前橋市)
  • 年月日: 2016-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒ファイバーレーザーを光源とした多光子励起蛍光イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 牧野洋平、守友博紀、鈴木康孝、川俣純
  • 学会等名: 物質構造解析研究会
  • 発表場所: 山口大学(山口県・山口市)
• [備考] 山口大学 理学部 物性化学研究室
  • URL: http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~kawalab/
• [備考] 山口大学理学部 物性化学研究室
  • URL: http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~kawalab/