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非線形光レーザ技術を駆使した神経回路機能の超解像可視化解析

研究課題

研究課題/領域番号 20H00523
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
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

研究代表者

根本 知己  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, 教授 (50291084)

研究分担者 榎木 亮介  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, 准教授 (00528341)
大友 康平  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 (40547204)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円)
2020年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
キーワードバイオイメージング / 生物物理学 / 神経科学 / 非線形光学
研究開始時の研究の概要

研究代表者が世界的に牽引し、生体脳・神経系の機能計測に用いられるin vivo2光子励起顕微鏡法を基盤とし、さらに、レーザービームの位相・強度の制御、補償光学などの新規光学技術や新規光プローブ分子技術を活用し、生体組織深部で非侵襲的な生体分子の検出や細胞の微細形態の観察を実現する世界初の光イメージングを実現する。この革新的な顕微鏡を用いて、マウス生体脳の深部において「ありのまま」の状態で、同期的な神経細胞の集団活動や神経伝達物質の開口放出を高精度で可視化し解析する。

研究実績の概要

本研究課題は基盤研究(S)の採択に伴い重複の規定のため自動的に廃止となった。本研究課題では、研究代表者が世界的に牽引し、生体脳・神経系の機能計測に用いられるin vivo2光子励起顕微鏡法を基盤とし、さらに、レーザービームの位相 ・強度の制御、補償光学などの新規光学技術や新規光プローブ分子技術を活用し、生体組織深部で非侵襲的な生体分子の検出や細胞の微細形態の観察を実現する世界初の光イメージングを実現することを目指し研究を開始した。さらに、この革新的な顕微鏡を用いて、マウス生体脳の深部において「ありのまま」の状態で、同期的な神経細胞の集団活動や神経伝達物質の開口放出を高精度で可視化し解析することを目指していた。
その研究目的は、生体応用が可能な独自の生体用超解像顕微鏡法を展開させ、生体中のありのままの状態で神経活動やそれに関わる生体分子のダイナミクスを可視化し、定量的な解析を可能とすることにあった。これにより機能性疾患の診断・治療の開発への扉を開き、国民の健康と福祉に寄与せんとすることを企画した。 本研究課題は、最先端の非線形光学を十全に活用することで、研究代表者が長年牽引してきた生体脳のin vivo イメージング・光操作を高度化し、上述の課題への解決を拓かんとするものであった。その問題の抜本的な解決のために提案する斬新な顕微鏡法により得られた多元的な神経細胞の応答や同期的な集団活動の変化の解析から、脳内の情報伝達の本質を理解していくことを目指し、研究を開始していた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Optical clearing of living brains with MAGICAL to extend in?vivo imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Iijima Kouichirou、Oshima Takuto、Kawakami Ryosuke、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 24 号: 1 ページ: 101888-101888

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101888

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PEO-CYTOP Fluoropolymer Nanosheets as a Novel Open-Skull Window for Imaging of the Living Mouse Brain2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Taiga、Zhang Hong、Kawakami Ryosuke、Yarinome Kenji、Agetsuma Masakazu、Nabekura Junichi、Otomo Kohei、Okamura Yosuke、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 号: 10 ページ: 101579-101579

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101579

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adaptive Optical Two-Photon Microscopy for Surface-Profiled Living Biological Specimens2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Kazushi、Otomo Kohei、Kozawa Yuichi、Tsutsumi Motosuke、Inose Tomoko、Hirai Kenji、Sato Shunichi、Nemoto Tomomi、Uji-i Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 号: 1 ページ: 438-447

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c04888

    • 関連する報告書
      2020 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] High-peak-power 918-nm laser light source based two-photon spinning-disk microscopy for green fluorophores2020

    • 著者名/発表者名
      Otomo Kohei、Goto Ai、Yamanaka Yumi、Hori Takashi、Nakayama Hiroshi、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 529 号: 2 ページ: 238-242

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.05.213

    • 関連する報告書
      2020 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] 2光子顕微鏡法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(7) ページ: 42-45

    • NAID

      40022292994

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [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(6) ページ: 19-19

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 自然科学研究機構生命創成探究センターバイオフォトニクス研究グループ

    • URL

      https://www.nips.ac.jp/bp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2021-12-27  

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