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蛍光偏光と蛍光強度揺らぎに基づく高生体適合性超解像イメージング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K05226
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28040:ナノバイオサイエンス関連
研究機関大阪大学

研究代表者

和沢 鉄一  大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授 (80359851)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード超解像イメージング / 蛍光顕微鏡 / 光スイッチング蛍光タンパク質 / 蛍光偏光 / cumulant / 蛍光強度揺らぎ / キュムラント / 光スイッチング / pH依存性 / SPoD-OnSPAN / 蛍光変調 / 多重平衡 / 高次統計量 / 生体適合性 / SPoD-ExPAN / 偏光 / 揺らぎ / 蛍光タンパク質
研究開始時の研究の概要

超解像イメージングは、光の回折限界を超えた高空間分解能の観察を光学顕微鏡で行う技術である。本研究では、照明光の偏光に対する蛍光プローブの指向性および蛍光プローブからの蛍光強度揺らぎ計測を利用する超解像イメージング技術を開発する。これにより、従来には実現していなかった、低光毒性、高空間分解能、高時間分解能、そして蛍光プローブ検出の網羅性を兼ね備える超解像イメージングの実現を目指す。

研究成果の概要

従来の蛍光顕微鏡をベースとした多くの超解像イメージング法は、非常に強い照明光で試料を照射する必要があり、生体試料の観察において光毒性がしばしば問題になってきた。筆者は、光毒性の問題の解決へ大きく前進した超解像イメージング法であるSPoD-OnSPANを最近開発した。しかし、SPoD-OnSPANは蛍光偏光を利用しているため、様々な角度の蛍光プローブが集中する蛍光物体ではしばしば高空間分解能観察が困難であった。本研究では、この問題を解決するため、蛍光強度揺らぎの高次統計量計算とSPoD-OnSPANを組み合わせた新しい超解像イメージング法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

SPoD-OnSPAN超解像顕微鏡は、STED、RESOLFT, SIMといった高度で特化した顕微鏡装置が必要な手法とは異なり、かなりシンプルな光学系を有している。しかし、従来のSPoD-OnSPANでは、蛍光異方性が低い蛍光物体の高空間分解能化が難しいこと、そして画像再構成にかなり長い計算時間を要した。ところが、本研究課題で開発した手法では、これらの問題を解決していると思われる。今後、本研究で得られた成果をさらに発展させることにより、超解像イメージングがより一層広く生命科学研究で利用されることに本研究の成果が資するものと期待する。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Ratiometric Bioluminescent Indicator for a Simple and Rapid Measurement of Thrombin Activity Using a Smartphone2021

    • 著者名/発表者名
      Hattori Mitsuru、Sugiura Nae、Wazawa Tetsuichi、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 93 号: 40 ページ: 13520-13526

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.1c02396

    • 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] A highly-sensitive genetically encoded temperature indicator exploiting a temperature-responsive elastin-like polypeptide2021

    • 著者名/発表者名
      Vu Cong Quang、Fukushima Shun-ichi、Wazawa Tetsuichi、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 16519-16519

    • DOI

      10.1038/s41598-021-96049-5

    • 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] A photoswitchable fluorescent protein for hours-time-lapse and sub-second-resolved super-resolution imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Wazawa Tetsuichi、Noma Ryohei、Uto Shusaku、Sugiura Kazunori、Washio Takashi、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 70 号: 4 ページ: 340-352

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfab001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ratiometric Bioluminescent Indicator for Simple and Rapid Diagnosis of Bilirubin2021

    • 著者名/発表者名
      Itoh Yukino、Hattori Mitsuru、Wazawa Tetsuichi、Arai Yoshiyuki、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: 6 号: 3 ページ: 889-895

    • DOI

      10.1021/acssensors.0c02000

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly-Biocompatible Super-Resolution Imaging: SPoD-OnSPAN2020

    • 著者名/発表者名
      Wazawa, T., Washio, T., Nagai, T.
    • 雑誌名

      Neuromethods

      巻: 154 ページ: 229-244

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-0532-5_11

    • ISBN
      9781071605318, 9781071605325
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 回転偏光照明蛍光顕微鏡と光スイッチング蛍光タンパク質を用いた超解像イメージング法:SPoD-OnSPAN2019

    • 著者名/発表者名
      和沢鉄一,鷲尾隆,永井健治
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 30 ページ: 15-19

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] SPoD-Net: Fast recovery of microscopic images using learned ISTA2019

    • 著者名/発表者名
      Hara, S., Chen, W., Washio, T., Wazawa, T., Nagai, T.
    • 雑誌名

      PMLR

      巻: 101 ページ: 694-709

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acid-Tolerant Reversibly Switchable Green Fluorescent Protein for Super-resolution Imaging under Acidic Conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Shinoda Hajime、Lu Kai、Nakashima Ryosuke、Wazawa Tetsuichi、Noguchi Kosuke、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      Cell Chemical Biology

      巻: 26 号: 10 ページ: 1469-1479.e6

    • DOI

      10.1016/j.chembiol.2019.07.012

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 光スイッチング蛍光タンパク質と偏光照明を用いた細胞に優しい超解像イメージング2022

    • 著者名/発表者名
      和沢 鉄一,野間 涼平,杉浦 一徳,鷲尾 隆,永井 健治
    • 学会等名
      一般社団法人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] 発色団および非発色団解離基間の相互作用は、蛍光タンパク質の光学的性質において重要な役割を担う2021

    • 著者名/発表者名
      和沢 鉄一, 野間 涼平, 杉浦 一徳, 永井 健治
    • 学会等名
      第59回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光スイッチング蛍光タンパク質「Kohinoor2.0」による長時間・高速超解像イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      野間 涼平, 和沢 鉄一, 宇土 周作, 杉浦 一徳, 鷲尾 隆, 永井 健治
    • 学会等名
      生理学研究所研究会 -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-
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Photoswitchable fluorescent protein with multiple equilibria states enables super-resolution imaging of intracellular dynamics.2020

    • 著者名/発表者名
      Noma, R., Wazawa, T., Uto, S., Sugiura, K., Nagai, T.
    • 学会等名
      58th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生細胞のタイムラプス超解像イメージングのための光スイッチング蛍光タンパク質2020

    • 著者名/発表者名
      和沢鉄一, 野間涼平, 宇土周作, 杉浦一徳, 鷲尾隆, 永井健治
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会・第63回シンポジウム「顕微鏡オンラインフォーラム 2020」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 新規光スイッチング蛍光タンパク質Kohinoor 2.0による超解像イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      和沢鉄一, 野間涼平, 宇土周作, 杉浦一徳, 鷲尾隆, 永井健治
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会・第76回学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 光スイッチング蛍光タンパク質「Kohinoor2.0」による、細胞内小器官動態の長時間/高速超解像イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      野間 涼平, 和沢 鉄一, 宇土 周作, 杉浦 一徳, 鷲尾 隆, 永井 健治
    • 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] Development of a highly-bright positively reversibly photoswitchable fluorescent protein Kohinoor 2.0 for super-resolution microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Wazawa, T., Uto, S., Sugiura, K., Maeda, S., Fujita, K., Washio, T., Nagai, T.
    • 学会等名
      Annual meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 回転偏光照明,ポジティブ光スイッチング蛍光タンパク質,そして Lp 正則化画像再構成を用いた超解像イメージング: SPoD-OnSPAN.2019

    • 著者名/発表者名
      和沢鉄一,杉浦一徳,鷲尾 隆,永井健治
    • 学会等名
      第44回レーザー顕微鏡研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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