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二光子顕微鏡と光操作による単一神経・グリア回路網の活動伝播様式の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 18K14659
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分43040:生物物理学関連
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究 (2019-2021)
北海道大学 (2018)

研究代表者

石井 宏和  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (70743409)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード二光子顕微鏡 / 光操作 / ライブイメージング / 神経・グリア回路網 / オータプス / 超解像 / オプトジェネティクス
研究成果の概要

本研究では、多点走査型二光子顕微鏡と二光子励起を用いたオプトジェネティクスの手法により、オータプス初代培養標本における単一神経・グリア回路網の活動伝搬様式を時空間的に可視化解析する新規イメージング手法を構築した。また超解像二光子誘導放出制御(STED)顕微鏡を高度化・応用することで、単一神経・グリア回路網の活動伝搬様式をナノスケールから細胞スケールで階層的に可視化解析することを試みた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では培養細胞系ではあるが、神経・グリア回路網の活動変化パターンを包括的に可視化解析できるイメージング手法を確立した。疾病モデルマウスの脳組織やヒトiPS細胞由来の神経細胞・アストロサイトから構築したオータプス初代培養標本に適用することも可能である。将来的には脳機能の解明だけでなく、神経・グリア回路網を標的とした新規阻害剤や薬剤のスクリーニングなどに貢献できる成果であり、社会的意義も大きい。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Focusing new light on brain functions: multiphoton microscopy for deep and super-resolution imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Ishii Hirokazu、Otomo Kohei、Takahashi Taiga、Yamaguchi Kazushi、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: - ページ: 00245-5

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.11.011

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 生命多光子顕微鏡による深部高解像・超解像イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      大友康平, 髙橋泰伽, 山口和志, 石井宏和, 根本知己
    • 雑誌名

      光学

      巻: 50 ページ: 141-146

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 二光子顕微鏡の技術開発と生物学応用2020

    • 著者名/発表者名
      大友康平 , 石井宏和 , 根本知己
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 31 ページ: 42-45

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 新規パルス光源系を用いた二光子STED顕微鏡の開発2020

    • 著者名/発表者名
      石井宏和 , 大友康平 , Jui-Hung Hung , 堤元佐 , 横山弘之 , 根本知己
    • 雑誌名

      光学

      巻: 49 ページ: 232-232

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Absorption, Fluorescence, and Two-Photon Excitation Ability of 5-Phenylisolidolo[2,1-a]quinolines2020

    • 著者名/発表者名
      Avena Ramon Francisco、Qiao Lin、Fujii Yuki、Otomo Kohei、Ishii Hirokazu、Suzuki Takeyuki、Tsujino Hirofumi、Uno Tadayuki、Tsutsumi Yasuo、Kawashima Yusuke、Takagi Tatsuya、Murai Kenichi、Nemoto Tomomi、Arisawa Mitsuhiro
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 号: 5 ページ: 2473-2479

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b04070

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two-photon STED nanoscopy realizing 100-nm spatial resolution utilizing high-peak-power sub-nanosecond 655-nm pulses2019

    • 著者名/発表者名
      Ishii Hirokazu、Otomo Kohei、Hung Jui-Hung、Tsutsumi Motosuke、Yokoyama Hiroyuki、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      Biomedical Optics Express

      巻: 10 号: 7 ページ: 3104-3104

    • DOI

      10.1364/boe.10.003104

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2光子励起顕微鏡法のナノイメージングへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      石井 宏和, 大友 康平, 根本 知己
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 30 ページ: 49-53

    • NAID

      40022056271

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 透過型液晶素子を用いた二光子励起STED顕微鏡2019

    • 著者名/発表者名
      大友 康平, 石井 宏和, 根本知己
    • 雑誌名

      フォトニクスニュース

      巻: 5 ページ: 192-195

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 生体深部ナノイメージングを目指した 二光子顕微鏡法の超解像化2022

    • 著者名/発表者名
      石井宏和, 大友康平, 根本知己
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced two-photon microscopy for super-resolution deep-tissue imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii
    • 学会等名
      第4回ExCELLS若手リトリート
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of calcium elevations and glutamate release under Aβ oligomers exposure in primary cultured astrocytes with spatiotemporal resolution2022

    • 著者名/発表者名
      Kaito Nakata, Kohei Otomo, Hirokazu Ishii, Motosuke Tsutsumi, Ryosuke Enoki, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      第4回ExCELLS若手リトリート
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of two-photon microscopy toward realizing in vivo nanoscale imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii
    • 学会等名
      The 11th NIPS-PRI-BRINU Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] High-speed imaging of calcium elevations and glutamate release under Aβ oligomers exposure in primary cultured astrocytes2022

    • 著者名/発表者名
      Kaito Nakata, Kohei Otomo, Hirokazu Ishii, Motosuke Tsutsumi, Ryosuke Enoki, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] High spatiotemporal imaging of Aβ oligomers-induced calcium elevations in primary culture of astrocyte using multi-beam scanning two-photon microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Kaito Nakata, Kohei Otomo, Hirokazu Ishii, Motosuke Tsutsumi, Ryosuke Enoki, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      The 8th Japan-China Symposium on Nanomedicine
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of two-photon microscopy for in vivo nanoscale imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii
    • 学会等名
      第4回 ExCELLSシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Two-photon STED nanoscopy with novel pulse laser system for deeper super-resolution imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii
    • 学会等名
      Registration web form: The 10th NIPS - Primate Research Institute -Niigata University Brain Research Institute Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 多点走査型2光子顕微鏡による Aβ オリゴマー曝露時の アストロサイト Ca2+動態の可視化解析2020

    • 著者名/発表者名
      中田開人 、鎌田恭史 、大友康平 、石井宏和 、堤元佐 、 榎木 亮介、根本知己
    • 学会等名
      第29回 日本バイオイメージング学会学術集会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Two-photon pulsed STED nanoscopy utilizing electrically controllable components2020

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii, Kohei Otomo, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      ResonanceBio International symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of two-photon excitation microscopy for super-resolution bioimaging2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii, Kohei Otomo, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      7th Nanomedicin
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Compact two-photon excitation STED nanoscopy with high-peak-power sub-nanosecond 655-nm pulsed light source2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii, Kohei Otomo, Jui-Hung Hung, Motosuke Tsutsumi, Hiroyuki Yokoyama, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      Focus on Microscopy 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体深部ナノイメージングを目指した2光子顕微鏡法の超解像化2019

    • 著者名/発表者名
      石井 宏和, 大友 康平, 根本 知己
    • 学会等名
      第二回ExCELLSシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 生体深部ナノイメージングに向けた2光子励起顕微鏡法の高度化2019

    • 著者名/発表者名
      石井 宏和, 大友 康平, 根本 知己
    • 学会等名
      東海大学マイクロ・ナノ啓発会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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