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全身完全透明化手法を用いた包括的神経活動・免疫応答可視化技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J05041
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 医化学一般
研究機関東京大学

研究代表者

村上 達哉  東京大学, 大学院医学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード組織透明化 / CUBIC / 脳アトラス / 透明化 / ライトシート顕微鏡 / 画像解析
研究実績の概要

東京化成工業との共同研究により、1600以上にわたる化合物に対して透明化能を定量的に評価を行った。その際に透明化能の評価軸を1)脂質除去効率、2)骨可溶化効率、3)ヘム遊離(脱色)能、4)屈折率、5)蛍光タンパク質保持能、6)膨潤能、に分けてそれぞれの能力を定量した。その結果、全身丸ごと透明化に有用な試薬を同定することに成功したに及ばず、透明化に必要な化合物の物性を明らかにすることができた。考察の結果、脱脂に対してアミンやアミノアルコールが有用であること、屈折率調節に対してアミドおよび芳香環を有した化合物が有用であることなどである。これらの考察に基づいてCUBIC-L, CUBIC-R等と名付けた試薬を開発した。開発した試薬は東京化成工業社から購入が可能である。
開発した透明化試薬を用いて、マウス脳、腎臓、肝臓、脾臓、肺、心臓、などの主要臓器を透明化のデモンストレーションを行った。また、骨を含めたマウス全身や、ヒトの1cm3程度の大きさの臓器片も透明化することが確認され、スケーラビリティを実証した。
膨潤された脳を高解像度ライトシート顕微鏡で観察することにより、全細胞の検出が可能になった。正確に全脳全細胞を検出することで、一細胞解像度脳アトラスを作成し、活動マッピングや発達解析など多様な応用を試みた。結果、海馬歯状回に機能的に分けられた領域が発見されたことに加え、臨界期において特定の脳領域において細胞数が減少する現象を突き止めた。類似の解析は他の臓器にも応用可能である。
ヒト病理組織への応用を鑑み、死後検体の組織を実際に透明化し観察することで一細胞解像度の三次元観察を実施した。また免疫染色法と組み合わせることでヒト脳組織内の血管構造を三次元的に観察することや、核染色と組み合わせることで腎臓の糸球体構造を詳細に描出することを行った。本試薬の病理組織に対する応用が期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] A three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing2018

    • 著者名/発表者名
      Murakami Tatsuya C.、Mano Tomoyuki、Saikawa Shu、Horiguchi Shuhei A.、Shigeta Daichi、Baba Kousuke、Sekiya Hiroshi、Shimizu Yoshihiro、Tanaka Kenji F.、Kiyonari Hiroshi、Iino Masamitsu、Mochizuki Hideki、Tainaka Kazuki、Ueda Hiroki R.
    • 雑誌名

      Nat Neurosci

      巻: 21 号: 4 ページ: 627-637

    • DOI

      10.1038/s41593-018-0109-1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents.2018

    • 著者名/発表者名
      Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.07.056

    • NAID

      120006542018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemical Principles in Tissue Clearing and Staining Protocols for Whole-Body Cell Profiling.2016

    • 著者名/発表者名
      Tainaka K, Kuno A, Kubota SI, Murakami T, Ueda HR.
    • 雑誌名

      Annu. Rev. Cell Dev. Biol.

      巻: 32 号: 1 ページ: 713-741

    • DOI

      10.1146/annurev-cellbio-111315-125001

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 組織膨潤及び透明化による三次元一細胞解像度マウス脳アトラス2018

    • 著者名/発表者名
      村上達哉
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Murakami
    • 学会等名
      Annual meeting of Society for Neurosicence
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Probabilistic Mapping of Mouse Brains with Scalable and Pointillistic Analytical Platform2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami T, Mano T, Saikawa S, Tainaka K, Ueda HR
    • 学会等名
      Gordon Research Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Scalable single-cell-resolution mouse brain atlas by whole-brain cell profiling2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami T, Mano T, Saikawa S, Horiguchi AS, Shigeta D, Baba K, Shimizu Y, Mochizuki H, Tainaka K, Ueda HR
    • 学会等名
      LSFM conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CUBIC-Atlas: Scalable Single-cell-resolution Mouse Brain Atlas by Whole-brain Cell Profiling2017

    • 著者名/発表者名
      村上達哉
    • 学会等名
      日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎県、長崎市、長崎ブリックホール
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] CUBIC-X: Whole-organ cell analysis of mammalian brain with expansion chemical cocktails2016

    • 著者名/発表者名
      T.Murakami
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 光透過性に優れた生物材料を調製するための組成物およびその利用2016

    • 発明者名
      村上達哉、田井中一貴、上田泰己
    • 権利者名
      村上達哉、田井中一貴、上田泰己
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 取得年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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