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逆ラマン分光法による無標識で化学種特定可能な高速細胞イメージングシステム開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K06163
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分43040:生物物理学関連
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

中島 聡  奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, URA(チーフ) (80263234)

研究分担者 廣田 俊  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90283457)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードラマン顕微鏡 / 逆ラマン現象 / ポンププローブ法 / 2次元検出器 / リアルタイム / 細胞ダイナミクス / 小分子 / 非染色・非侵襲 / ポンプ-プローブ法 / 2次元検出器 / 脂質モデル / 逆ラマン分光法 / 顕微
研究成果の概要

基礎データとして、単一の検出素子による光学系を構築して、その上で本システムによる検出限界のレベルについてデータを取得した。顕微光学系を構築し同軸で二色の光を入射し、数十μmの領域が観測できるような配置で検出を行った。光学系の精密設計などにより、ほぼリアルタイム(2秒)で0.06%以下の強度変化を検出できる単一チャネルの逆ラマン顕微装置を開発できた。この装置を用いて、脂質のモデル物質として水溶液中の油滴を用いた試料の本逆ラマン測定システムによる顕微観察に成功した。そこで単一素子をCMOS型超高速二次元検出器に置き換え、イメージング型の逆ラマン顕微鏡を目指して光学系置換を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞内のタンパク質や小分子の分布、特にその動的過程は細胞の機能を調べる上で非常に重要である。生きた細胞を非侵襲、非標識で直接観測することができれば極めて有効な手段となる。ラマン分光法は原理的にはこのような目的には最適であるが、感度が低くまた積算時間がかかることが壁となってきていた。近年格段に進歩してきた、高繰り返しレーザと高速検出器を活用して、逆ラマン分光法という非線形現象を利用することで、これらの難点を克服できると考え研究を進めた。細胞内の生命現象をライブで捉えて観察できることは、細胞生物学のステージを上げることに繋がり、がん細胞の形成過程など疾病治療への道も開ける。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] New Assay Method Based on Raman Spectroscopy for Enzymes Reacting with Gaseous Substrates2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kawahara‐Nakagawa, K. Nishikawa, S. Nakashima, S. Inoue, T. Ohta, T. Ogura, Y. Shigeta, K. Fukutani, T. Yagi, and Y. Higuchi
    • 雑誌名

      Protein Science

      巻: 28 号: 3 ページ: 663-670

    • DOI

      10.1002/pro.3569

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance of a time-resolved IR facility for assessment of protonation T states and polarity changes in carboxyl groups in a large membrane protein, mammalian cytochrome c oxidase, under turnover conditions in a sub-millisecond time resolution2018

    • 著者名/発表者名
      Chen Li, Tatsuhito Nishiguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Takashi Ogura, Satoru Nakashima
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta

      巻: 1859 号: 10 ページ: 1045-1050

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2018.05.015

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 時間分解赤外分光法解析によるシトクロム酸化酵素の反応中間体プロトン移動機構2019

    • 著者名/発表者名
      中島聡、Li Chen、伊藤(新澤)恭子、小倉尚志、吉川信也
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Proton Pumping Dynamics during Catalytic Cycle in Cytochrome c Oxidase Revealed by Time-Resolved IR Spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Satoru Nakashima, Chen Li, Tatsuhito Nishiguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Takashi Ogura
    • 学会等名
      10th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Proton pumping mechanism of cytochrome c oxidase by time-resolved vibrational spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Satoru Nakashima
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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