ナノスーツ法による病理標本の非破壊的な光ー電子相関顕微鏡法の開発とその応用

• 研究課題/領域番号: 20K07390
• 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49020:人体病理学関連
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 河崎 秀陽 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 准教授 (90397381)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ナノスーツ / 光-電子相関顕微鏡 (CLEM) 法 / パラフィン切片 / 卓上低真空SEM / FE-SEM / ナノーツ / ナノスーツ法 / 病理標本

研究開始時の研究の概要

申請者は光学顕微鏡で同定したパラフィン切片上の病変部位を、生物適合性高分子溶液（ナノスーツ液）と走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて非破壊的かつ簡便に高解像立体的組織像を観察することに成功した(Kawasaki H. et al. Laboratory Investigation, 2019年)。
今後は本法が広く世界で利用され、診断や研究に応用されると期待される。本申請では光学顕微鏡を中心として築き上げられた組織形態情報と、ナノスーツ/光-電子相関顕微鏡(CLEM)法で得られる立体的組織微細構造・タンパク発現分布・元素分布情報を融合させた新たな診断法の確立を目指す。

研究実績の概要

光学顕微鏡を用いたパラフィン組織切片の形態診断には、100年以上にわたって蓄積された膨大な知識が含まれている。病理診断において、光学顕微鏡で同定した組織切片の病変部位を高倍率で観察する必要にしばしば遭遇する。申請者は生体適合性高分子溶液（ナノスーツ液）と走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、非破壊的かつ簡便に同一切片・同一部位の高解像度立体的組織像を観察することに成功した。またSEM観察後にHE染色を施し、元の標本に戻すことにも成功した。
この方法により世界中に現存する膨大な病理標本を失うことなく、SEM観察できる道が開かれた。今後は本法が広く世界で利用され、診断や研究に応用されると期待される。本申請では光学顕微鏡を中心として築き上げられた組織形態情報と、ナノスーツ/光-電子相関顕微鏡 (CLEM) 法で得られる立体的組織微細構造・タンパク発現分布・元素分布情報を融合させた新たな診断法の確立を目指す。本年度はこの方法により3本の論文を発表することができた。
病理診断時に沈着物を観察することがある。その判定をするとき、HE所見と臨床情報を考慮して、特殊染色を依頼することが多いが、想定した元素しか知ることができない。ナノスーツ法による元素分析により、複数の元素の分布を一回の測定で判断することができる。当該年度は消化管に沈着した鉄をナノスーツ法を用いた元素分析で解析し、dataをまとめて論文として投稿している。その他に現在病理検体を中心として多くの臨床例を解析している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

理由
研究ではナノスーツCLEM法を利用することにより、光学顕微鏡では観察できない微細構造を観察し、タンパク発現・元素分布などの情報を融合させた新たな診断法を目指している。当該年度は消化管に沈着した鉄をナノスーツ法を用いた元素分析で解析し、dataをまとめて論文化している。当該年度はこの方法を利用して、3本の論文を発表した。また他の消化器の沈着物の解析が現在進んでおり、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方法としては、人工知能を使用して、病理医が予期しない病変をナノスーツCLEM法を用いて観察することを目指しています。またナノスーツ-CLEM法の応用例を増すことで有用性を更に確認していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Human induced pluripotent stem cells are resistant to human cytomegalovirus infection primarily at the attachment level due to the reduced expression of cell-surface heparan sulfate (2024)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Hideya、Hariyama Takahiko、Kosugi Isao、Meguro Shiori、Iwata Futoshi、Shimizu Kosuke、Magata Yasuhiro、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 98 号: 3
  • DOI: 10.1128/jvi.01278-23
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An autopsy case of disseminated carcinomatosis of the bone marrow from esophageal adenocarcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Daisuke、Meguro Shiori、Furusawa Shin、Hashimoto Nanako、Kawasaki Hideya、Kosugi Isao、Enomoto Yasunori、Fujihiro Mayu、Tsukui Hiroe、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Clinical Case Reports 巻: 11 号: 9
  • DOI: 10.1002/ccr3.7877
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of hepcidin upregulation and proteolytic cleavage of ferroportin 1 in hepatitis C virus-induced iron accumulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohta Kazuyoshi、Ito Masahiko、Chida Takeshi、Nakashima Kenji、Sakai Satoshi、Kanegae Yumi、Kawasaki Hideya、Aoshima Takuya、Takabayashi Shuji、Takahashi Hirotaka、Kawata Kazuhito、Shoji Ikuo、Sawasaki Tatsuya、Suda Takafumi、Suzuki Tetsuro
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 19 号: 8 ページ: e1011591-e1011591
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1011591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphatidylcholine in bile-derived small extracellular vesicles as a novel biomarker of cholangiocarcinoma. (2023)
  • 著者名/発表者名: .Muraki R, Morita Y, Ida S, Kitajima R, Furuhashi S, Takeda M, Kikuchi H, Hiramatsu Y, Takanashi Y, Hamaya Y, Sugimoto K, Ito J, Kawata K, Kawasaki H, Sato T, Kahyo T, Setou M, Takeuchi H.
  • 雑誌名: Cancer Med 巻: 12 号: 12 ページ: 13007-13018
  • DOI: 10.1002/cam4.5973
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Association between human papillomavirus particle production and the severity of recurrent respiratory papillomatosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada Satoshi、Itoh Toshiya、Ikegami Taro、Imai Atsushi、Mochizuki Daiki、Nakanishi Hiroshi、Ishikawa Ryuji、Kita Junya、Nakamura Yuki、Takizawa Yoshinori、Okamura Jun、Noda Yoshihiro、Iwashita Toshihide、Hariyama Takahiko、Suzuki Mikio、Misawa Kiyoshi、Kawasaki Hideya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 5514-5514
  • DOI: 10.1038/s41598-023-32486-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Primary Cilia Are Frequently Present in Small Cell Lung Carcinomas but Not in Non?Small Cell Lung Carcinomas or Lung Carcinoids (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinmura Kazuya、Kato Hisami、Kawasaki Hideya、Hariyama Takahiko、Yoshimura Kimio、Tsuchiya Kazuo、Watanabe Hirofumi、Ohta Isao、Asahina Eri、Sumiyoshi Fumiya、Hamada Keisuke、Kawanishi Yuichi、Kawase Akikazu、Funai Kazuhito、Sugimura Haruhiko
  • 雑誌名: Laboratory Investigation 巻: 103 号: 2 ページ: 100007-100007
  • DOI: 10.1016/j.labinv.2022.100007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identifying Active Progeny Virus Particles in Formalin-Fixed, Paraffin-Embedded Sections Using Correlative Light and Scanning Electron Microscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Itoh Toshiya、Yamada Satoshi、Ohta Isao、Meguro Shiori、Kosugi Isao、Iwashita Toshihide、Itoh Hiroaki、Kanayama Naohiro、Okudela Koji、Sugimura Haruhiko、Misawa Kiyoshi、Hariyama Takahiko、Kawasaki Hideya
  • 雑誌名: Laboratory Investigation 巻: 103 号: 1 ページ: 100020-100020
  • DOI: 10.1016/j.labinv.2022.100020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An autopsy case of ovarian mucinous cystic tumor complicated by ovarian abscess and a review of the English literature (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Daisuke、Meguro Shiori、Inagaki Koji、Hashimoto Masahiro、Kawasaki Hideya、Kosugi Isao、Enomoto Yasunori、Sugiyama Miho、Fukushima Mayu、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Clinical Case Reports 巻: 10 号: 11
  • DOI: 10.1002/ccr3.6507
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly Sensitive and Quantitative Diagnosis of SARS-CoV-2 Using a Gold/Platinum Particle-Based Lateral Flow Assay and a Desktop Scanning Electron Microscope. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki H*, Suzuki H, Furuhashi K, Yamashita K, Ishikawa J, Nagura O, Maekawa M, Miwa T, Tandou T, Hariyama T
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: ４ 号: 2 ページ: 447-447
  • DOI: 10.3390/biomedicines10020447
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exosomes from dental pulp cells attenuate bone loss in mouse experimental periodontitis (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yuta、Takeda‐Kawaguchi Tomoko、Kuroda Izumi、Hotta Yasuaki、Kawasaki Hideya、Hariyama Takahiko、Shibata Toshiyuki、Akao Yukihiro、Kunisada Takahiro、Tatsumi Junichi、Tezuka Ken‐ichi
  • 雑誌名: Journal of Periodontal Research 巻: 57 号: 1 ページ: 162-172
  • DOI: 10.1111/jre.12949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopy and biomimetics: the NanoSuit? method and image retrieval platform (2021)
  • 著者名/発表者名: Hariyama Takahiko、Takaku Yasuharu、Kawasaki Hideya、Shimomura Masatsugu、Senoh Chiyo、Yamahama Yumi、Hozumi Atsushi、Ito Satoru、Matsuda Naoto、Yamada Satoshi、Itoh Toshiya、Haseyama Miki、Ogawa Takahiro、Mori Naoki、So Shuhei、Mitsuno Hidefumi、Ohara Masahiro、Nomura Shuhei、Hirasaka Masao
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 71 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfab042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prolonged activation of cytomegalovirus early gene e1-promoter exclusively in neurons during infection of the developing cerebrum (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Isao、Arai Yoshifumi、Baba Satoshi、Kawasaki Hideya、Iwashita Toshihide、Tsutsui Yoshihiro
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 9 号: 8 ページ: 2165-2172
  • DOI: 10.7150/jca.54760
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diagnosis of Ion-Exchange Resin Depositions in Paraffin Sections Using Corrective Light and Electron Microscopy-NanoSuit Method (2021)
  • 著者名/発表者名: Ooishi Mako、Yamada Satoshi、Itoh Toshiya、Meguro Shiori、Yagi Haruna、Kosugi Isao、Iwashita Toshihide、Shinmura Kazuya、Misawa Kiyoshi、Hariyama Takahiko、Kawasaki Hideya
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 11 号: 7 ページ: 1193-1193
  • DOI: 10.3390/diagnostics11071193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification and characterization of primary cilia-positive salivary gland tumours exhibiting basaloid/myoepithelial differentiation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinmura K, Kusafuka K, Kawasaki H, Kato H, Hariyama T, Tsuchiya K, Kawanishi Y, Funai K, Misawa K, Mineta H, Sugimura H
  • 雑誌名: Journal of Pathology 巻: - 号: 5 ページ: 519-530
  • DOI: 10.1002/path.5688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Difference in the distribution of tumor‐infiltrating CD8+ T cells and FOXP3+ T cells between micronodular thymoma with lymphoid stroma and micronodular thymic carcinoma with lymphoid stroma (2021)
  • 著者名/発表者名: Yagi Haruna、Nakaguro Masato、Ito Masafumi、Okumura Yuki、Takahashi Seishiro、Aoshima Yoichiro、Enomoto Yasunori、Meguro Shiori、Kawasaki Hideya、Kosugi Isao、Shimoyama Yoshie、Ogawa Hiroshi、Tateyama Hisashi、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 71 号: 7 ページ: 453-462
  • DOI: 10.1111/pin.13099
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gremlin-1 for the Differential Diagnosis of Idiopathic Pulmonary Fibrosis Versus Other Interstitial Lung Diseases: A Clinical and Pathophysiological Analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoshima Yoichiro、Enomoto Yasunori、Muto Shigeki、Meguro Shiori、Kawasaki Hideya、Kosugi Isao、Fujisawa Tomoyuki、Enomoto Noriyuki、Inui Naoki、Nakamura Yutaro、Suda Takafumi、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Lung 巻: - 号: 3 ページ: 113924-113924
  • DOI: 10.1007/s00408-021-00440-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Living Organisms under an Electron Microscope: the NanoSuit® Method aiming for Medical and Industrial Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Hariyama, Yasuharu Takaku, Chiyo Senoh, Satoshi Yamada, Toshiya Itoh, Chiaki Suzuki, Sayuri Takehara, Satoshi Hirakawa, Hideya Kawasaki
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 33 号: 5 ページ: 517-522
  • DOI: 10.2494/photopolymer.33.517
  • NAID: 130007867678
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 年月日: 2020-07-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long interspersed nuclear element 1 hypomethylation has novel prognostic value and potential utility in liquid biopsy for oral cavity cancer (2020)
  • 著者名/発表者名: Misawa Kiyoshi、Yamada Satoshi、Mima Masato、Nakagawa Takuya、Kurokawa Tomoya、Imai Atsushi、Mochizuki Daiki、Shinmura Daichi、Yamada Taiki、Kita Junya、Ishikawa Ryuji、Yamaguchi Yuki、Misawa Yuki、Kanazawa Takeharu、Kawasaki Hideya、Mineta Hiroyuki
  • 雑誌名: Biomarker Research 巻: 8 ページ: 113924-113924
  • DOI: 10.1016/j.jpba.2021.113924
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epstein?Barr virus is a promoter of lymphoma cell metastasis (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimada Shinji、Kawasaki Hideya、Diao Yong、Ren Hong-yun、Li Wen-hua、Tang Ming-qing
  • 雑誌名: Pathology 巻: 52 号: 6 ページ: 676-685
  • DOI: 10.1016/j.pathol.2020.05.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Incidentally discovered mesenteric paraganglia as large as a lymph node in the sigmoid mesocolon, a possible origin of mesenteric paraganglioma (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Daisuke、Meguro Shiori、Watanabe Yuki、Kawai Toru、Kyokane Takanori、Aoshima Yoichiro、Enomoto Yasunori、Kawasaki Hideya、Yagi Haruna、Kosugi Isao、Fukushima Mayu、Baba Satoshi、Iwashita Toshihide
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 70 号: 7 ページ: 476-478
  • DOI: 10.1111/pin.12939
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overexpression of Sal-like protein 4 in head and neck cancer: epigenetic effects and clinical correlations (2020)
  • 著者名/発表者名: Misawa Kiyoshi、Misawa Yuki、Mima Masato、Yamada Satoshi、Imai Atsushi、Mochizuki Daiki、Nakagawa Takuya、Kurokawa Tomoya、Endo Shiori、Kawasaki Hideya、Brenner John Chadwick.、Mineta Hiroyuki
  • 雑誌名: Cellular Oncology 巻: 43 号: 4 ページ: 631-641
  • DOI: 10.1007/s13402-020-00509-5
  • NAID: 120007026256
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Utility of Scanning Electron Microscopy Elemental Analysis Using the ‘NanoSuit’ Correlative Light and Electron Microscopy Method in the Diagnosis of Lanthanum Phosphate Deposition in the Esophagogastroduodenal Mucosa (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinmura Kazuya、Kawasaki Hideya、Baba Satoshi、Ohta Isao、Kato Hisami、Yasuda Hideo、Yamada Satoshi、Misawa Kiyoshi、Sugimoto Ken、Osawa Satoshi、Sato Masanori、Hariyama Takahiko、Sugimura Haruhiko
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 10 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.3390/diagnostics10010001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ナノスーツ-CLEM法からみえる耳鼻科疾患の新たな視点（特別講演） (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎 秀陽
  • 学会等名: 第70回中部地方部会連合会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法で拓けたライフサイエンス研究・医療応用への新たな可能性・細胞診検体への新たな視点からのアプローチ 特別講演 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 静岡県臨床細胞学会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法で拓けたライフサイエンス研究・医療応用への新たな可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 医・工・情報の異分野連携シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法を利用した医療診断への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 第4回静岡県大学連携シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法を用いた光-電子相関顕微鏡法（CLEM）の先天異常解析への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 日本先天異常学会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法と卓上走査型電子顕微鏡を用いたSARS－CoV－2 イムノクロマトグラフィの高感度定量的診断法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 日本環境感染学会
• [学会発表] ナノスーツ-CLEM法を利用したパラフィン切片中に存在するウイルス粒子観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤敏谷、河崎秀陽
  • 学会等名: 第110回日本病理学会総会
• [学会発表] 光-電子相関顕微鏡法(CLEM)による消化管ポリスチレンスルホン酸カルシウム沈着の確定診断 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大石真子、河崎秀陽
  • 学会等名: 第110回日本病理学会総会
• [学会発表] NanoSuit Technology を利用したパラフィン切片の 非破壊的な光-電子相関顕微鏡法 (CLEM)観察法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 CLEMシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスーツ法を利用した子宮頸部異形成病変におけるHPV粒子の観察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽、他
  • 学会等名: 第109回病理学会総会
• [図書] 医学のあゆみ ナノスーツ法による医療診断への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社
• [図書] 医学のあゆみ (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 医歯薬出版
• [図書] バイオミメティクス・エコミメティクス―持続可能な循環型社会へ導く技術革新のヒント― (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎秀陽、他
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: シーエムシー出版
• [産業財産権] 検査キット（補足：塗布ピンで捕捉抗体を塗布）（イムノクロマト検査キットの製造方法） (2020)
  • 発明者名: 河崎秀陽, 針山孝彦, 大庭博明, 神谷 航 平, 尾関 佑斗
  • 権利者名: 浜松医科大学, NTN株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-185342
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 検査キット（補足：捕捉抗体を微小ドットでメンブレンに塗布した）（イムノクロマト検査キット） (2020)
  • 発明者名: 河崎 秀陽, 針山 孝彦, 大庭 博明
  • 権利者名: 浜松医科大学, NTN株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-185343
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 検査キット（補足：メンブレンの凹部底面に捕捉抗体を塗布した） （イムノクロマト検査キット） (2020)
  • 発明者名: 河崎 秀陽, 針山 孝彦
  • 権利者名: 浜松医科大学, NTN株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-185344
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] ナノスーツイムノクロマト法による病原体や疾患関連タンパク質などの高感度・定量観察法（イムノクロマトグラフィーによる測定方法) (2020)
  • 発明者名: 河崎 秀陽, 針山 孝彦
  • 権利者名: 浜松医科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-079912
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 電子顕微鏡によるナノ粒子の直接的な同定・定量のための検出キットおよび (2020)
  • 発明者名: 河崎 秀陽, 針山 孝彦
  • 権利者名: 浜松医科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 取得年月日: 2021