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高解像度3次元イメージングによるヒト脳全細胞病理解析プラットホーム

研究課題

研究課題/領域番号 23K24198
補助金の研究課題番号 22H02937 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分51010:基盤脳科学関連
研究機関新潟大学

研究代表者

田井中 一貴  新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113)

研究分担者 伊庭 靖弘  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80610451)
竹田 裕介  北海道大学, 理学研究院, 博士研究員 (50838852)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
キーワードトモグラフィイメージング / ヒト脳アトラス / 組織透明化・3Dイメージング
研究開始時の研究の概要

本研究では、ヒト脳組織の組織透明化・色素や抗体の均一染色技術による「ヒト脳組織加工技術」と、岩石の高解像トモグラフィ・超大規模画像解析技術からなる「デジタルトランスフォーメーション(DX)化した惑星探査技術」を融合することでヒト脳全細胞病理解析プラットホームを創成する。一細胞解像度でヒト全脳丸ごと描出した標準脳アトラスを構築し、サンプル間の定量比較・上書き・編集が可能なヒト脳デジタルアーカイブを構築する。

研究実績の概要

田井中は、これまでに有機溶媒を用いたヒト脳組織透明化技術を改良し、光シート照明型顕微鏡による3Dイメージング後のサンプルに対して、非常に簡便な溶液処理によりパラフィン包埋へとシームレスに接続できる化学処理法を確立している。また、この化学処理法では、検体の形状がほぼ保たれるため、3Dイメージングで観察される座標を保ったままパラフィン切片を取得することができる。これにより、組織透明化・3Dイメージングによって、広範囲に組織検体の構造物を観察した後に、従来の二次元神経病理解析手法に接続し、より詳細なpost hoc免疫組織化学的解析が可能である。また、田井中・伊庭は、この化学処理法を更に改良し、透明化後の検体に最適化された樹脂を包埋することで、トモグラフィ装置により研磨可能な包埋法を確立した。昨年度までに1 cm3のヒト脳ブロックの細胞核を網羅的に検出することに成功していたが、より大きな1 cm厚のヒト脳スライスでは、組織深部の細胞核が十分に染色されていないことが分かった。今年度は、ヒト脳スライスに対する核染色プロトコールの最適化を行うことで、組織全域への均一な核染色に成功し、トモグラフィイメージングによるヒト脳スライスの細胞核の網羅的検出に成功した。更に、伊庭・竹田は、トモグラフィ装置で取得されたヒト脳イメージングデータを解析し可視化する前処理フローの構築を行った。数万枚以上のRAWファイルを画像ファイルに変換し、規則に従ってファイル名を変更したうえで保存するフローを自動化した。系統的かつ自動的なデータ処理が可能となったことで、これらの画像を用いた細胞核抽出のための解析・可視化へスムースに移行することが可能となった。加えて、大規模画像データイメージングに特化した計算機システムを構築し、これを用いた可視化実験を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1 cm厚のヒト脳スライスの均一な細胞核染色は、本プロジェクトの大きな障壁になると想定していたが、当初の計画通り、核染色プロトコールの最適化により、解決に至った。このため、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

現在は、一部の脳領域の1 cm厚脳スライスの細胞核検出に成功している。今後は、広範な脳領域の1 cm厚脳スライスの細胞核検出を行い、取得した画像データを統合することで、ヒト全脳地図の作製に取り組みたい。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Whole-Body and Whole-Organ 3D Imaging of Hypoxia Using an Activatable Covalent Fluorescent Probe Compatible with Tissue Clearing2024

    • 著者名/発表者名
      Daichi M. Sakamoto; Iori Tamura; Bo Yi; Sho Hasegawa; Yutaro Saito; Naoki Yamada; Yoichi Takakusagi; Shimpei I. Kubota; Minoru Kobayashi; Hiroshi Harada; Kenjiro Hanaoka; Masayasu Taki; Masaomi Nangaku; Kazuki Tainaka; Shinsuke Sando
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 18 号: 6 ページ: 5176-5179

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c12716

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ Microinflammation Detection Using Gold Nanoclusters and a Tissue-clearing Method2023

    • 著者名/発表者名
      Naim Fayrouz、Hasebe Rie、Hojyo Shintaro、Shichibu Yukatsu、Ishii Asuka、Tanaka Yuki、Tainaka Kazuki、Kubota Shimpei、Konishi Katsuaki、Murakami Masaaki
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 13 号: 7 ページ: 7-7

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.4644

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intracerebral Distribution of CAG Repeat-Binding Small Molecule Visualized by Whole-Brain Imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Murakami Eitaro、Nakamori Masayuki、Nakatani Kazuhiko、Shibata Tomonori、Tainaka Kazuki
    • 雑誌名

      Bioconjugate Chemistry

      巻: 34 号: 12 ページ: 2187-2193

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.3c00470

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cerebrospinal fluid-contacting neuron tracing reveals structural and functional connectivity for locomotion in the mouse spinal cord2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Yuka、Kurabe Miyuki、Matsumoto Mami、Sato Tokiharu、Miyashita Satoshi、Hoshina Kana、Kamiya Yoshinori、Tainaka Kazuki、Matsuzawa Hitoshi、Ohno Nobuhiko、Ueno Masaki
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 12 ページ: 1-31

    • DOI

      10.7554/elife.83108

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cerebrocortical activation following unilateral labyrinthectomy in mice characterized by whole-brain clearing: implications for sensory reweighting2022

    • 著者名/発表者名
      Kai Ryota、Takahashi Kuniyuki、Tainaka Kazuki、Iwakura Yuriko、Namba Hisaaki、Saito Nae、Sasaoka Toshikuni、Yamaguchi Shun、Nawa Hiroyuki、Horii Arata
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 15424-15424

    • DOI

      10.1038/s41598-022-19678-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] General Design Strategy to Precisely Control the Emission of Fluorophores via a Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) Process2022

    • 著者名/発表者名
      Hanaoka Kenjiro、Iwaki Shimpei、Yagi Kiyoshi、Myochin Takuya、Ikeno Takayuki、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Uchigashima Motokazu、Mikuni Takayasu、Tainaka Kazuki、Tahara Shinya、Takeuchi Satoshi、Tahara Tahei、Uchiyama Masanobu、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 43 ページ: 19778-19790

    • DOI

      10.1021/jacs.2c06397

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection and Morphological Analysis of Micro-Ruptured Cortical Arteries in Subdural Hematoma: Three-Dimensional Visualization Using the Tissue-Clearing Clear, Unobstructed, Brain/Body Imaging Cocktails and Computational Analysis Method2022

    • 著者名/発表者名
      Funayama K, Tainaka K, Koyama A, et al.
    • 雑誌名

      Diagnostics (Basel)

      巻: 12 号: 11 ページ: 2875-2875

    • DOI

      10.3390/diagnostics12112875

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] マウス全身・ヒト脳組織透明化技術2022

    • 著者名/発表者名
      田井中一貴
    • 学会等名
      第56回 実験動物技術者協会 総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 組織夾雑系を可視化する特異的ケミカルプローブの開発戦略2022

    • 著者名/発表者名
      田井中一貴
    • 学会等名
      分子夾雑の生命化学 成果とりまとめシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Development of 3D neuropathology based on tissue clearing technique2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Tainaka
    • 学会等名
      Online Mini Symposium - BRI & DANDRITE
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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