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深部と超解像イメージングに向けた次世代色収差補正

公募研究

研究領域共鳴誘導で革新するバイオイメージング
研究課題/領域番号 16H01440
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

松田 厚志  国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (20585723)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2016年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワード超解像顕微鏡 / 色収差 / ソフトウェア / 共焦点顕微鏡 / 生物物理 / 細胞・組織 / バイオイメージング / 画像処理
研究実績の概要

第一に、開発中の色収差補正ソフトウェアの高精度化を行った。特に画像の中の小領域ごとに存在する僅かな色ズレを補正するための画像の周辺部分の蛍光輝度を減弱させ、間違った補正値が得られる頻度を格段に減少させた。さらに、小領域のピクセル数を小さくする代わりに、小領域を少しずつずらす方法によって、補正する領域の区分けを増加し、結果的に補正精度を向上した。

次に、色収差補正に用いられる既存の画像取得法により得られる補正精度を比較した。その結果、顕微鏡法により補正精度が異なることが明らかになった。照明光として平行光を用いる全視野顕微鏡では、チャネル間の漏れ光を利用する方法により最も高い補正精度が得られたのに対し、照明光を集光させる共焦点顕微鏡などでは、ある一つの分子を多色に染め分けたカリブレーション用の生物試料から参照画像を得る方法により最も高い精度が得られた。これらの研究結果をまとめて、Scientific Reportsに発表した。

また、色収差補正を用いた距離測定精度の理論的な計算を行った。その結果、通常の二点間の計測では色収差補正精度が距離測定精度の限界を決定することを明らかにした。さらに、三点目となる参照点を用いて二点間の相対距離を計測すれば、色収差補正精度による距離測定精度の限界を超え、理論的に無限の距離測定精度が得られることを見出した。この実証実験を行った結果、色収差補正の精度より高い約1nmという高い距離測定精度が得られた。

現在までの達成度 (段落)

平成29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

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] St. Jude Children's Research Hospital(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] LMU Munchen(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Accurate and fiducial-marker-free correction for three-dimensional chromatic shift in biological fluorescence microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Atsushi、Schermelleh Lothar、Hirano Yasuhiro、Haraguchi Tokuko、Hiraoka Yasushi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 7583-7583

    • DOI

      10.1038/s41598-018-25922-7

    • 関連する報告書
      2017 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] 次世代色収差補正技術2017

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志
    • 雑誌名

      生体の科学

      巻: 68 ページ: 408-409

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantitative 3D structured illumination microscopy of nuclear structures2017

    • 著者名/発表者名
      Felix Kraus, Ezequiel Miron, Justin Demmerle, Tsotne Chitiashvili, Alexei Busco, Quentin Alle, Atsushi Matsuda, Heinrich Leonhardt, Lothar Schermelleh & Yolanda Markaki
    • 雑誌名

      Nature Protocols

      巻: 12 号: 5 ページ: 1011-1028

    • DOI

      10.1038/nprot.2017.020

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Strategic and practical guidelines for successful structured illumination microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Justin Demmerle, Cassandravictoria Innocent, Alison J North, Graeme Ball, Marcel Muller, Ezequiel Miron, Atsushi Matsuda, Ian M Dobbie, Yolanda Markaki & Lothar Schermelleh
    • 雑誌名

      Nature Protocols

      巻: 12 号: 5 ページ: 988-1010

    • DOI

      10.1038/nprot.2017.019

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spatial organization of the Schizosaccharomyces pombe genome within the nucleus.2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuda A, Asakawa H, Haraguchi T, Hiraoka Y.
    • 雑誌名

      Yeast.

      巻: 34 号: 2 ページ: 55-66

    • DOI

      10.1002/yea.3217

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Borna Disease Virus Assembles Porous Cage-like Viral Factories in the Nucleus.2016

    • 著者名/発表者名
      Hirai Y, Hirano Y, Matsuda A, Hiraoka Y, Honda T, Tomonaga K.
    • 雑誌名

      The Journal of biological chemistry.

      巻: 291 号: 50 ページ: 25789-25798

    • DOI

      10.1074/jbc.m116.746396

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Meiotic cohesin subunits RAD21L and REC8 are positioned at distinct regions between lateral elements and transverse filaments in the synaptonemal complex of mouse spermatocytes2016

    • 著者名/発表者名
      Rong M, Matsuda A, Hiraoka Y, Lee J
    • 雑誌名

      J Reprod Dev

      巻: 62 号: 6 ページ: 623-630

    • DOI

      10.1262/jrd.2016-127

    • NAID

      130005251186

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 原理・応用編3 構造化照明顕微鏡法SIM ‐縞照明のつくるモアレが可能にする超解像観察2016

    • 著者名/発表者名
      松田厚志、平野泰弘、平岡泰
    • 雑誌名

      実験医学別冊:初めてでもできる! 超解像イメージング

      巻: 別冊 ページ: 219-226

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] 実践編3 3D-SIMによる細胞内構造の超解像イメージング---アーティファクトの少ないSIM画像の取得2016

    • 著者名/発表者名
      平野泰弘、松田厚志、平岡泰
    • 雑誌名

      実験医学別冊:初めてでもできる! 超解像イメージング

      巻: 別冊 ページ: 146-155

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 超解像顕微鏡のアーティファクト低減法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志
    • 学会等名
      光設計研究グループ第64回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] THREE-DIMENSIONAL CHROMATIC CORRECTION FOR FLUORESCENCE MICROSCOPY ENABLING PRECISE DISTANCE MEASUREMENTS IN THE NUCLEAR PORE COMPLEX2017

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuda, Haruhiko Asakawa, Yasuhiro Hirano, Lothar Schermelleh, Tokuko Haraguchi, and Yasushi Hiraoka
    • 学会等名
      Focus on Microscopy 2017
    • 発表場所
      Bordeaux, France
    • 年月日
      2017-04-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RNA Transcription and Termination Factors Are Important in Meiotic HomologousChromosome Pairing in S. pombe2017

    • 著者名/発表者名
      丁 大橋、岡正 華澄、加藤 由起、長濱 有紀、松田 厚志、森 知栄、近重 裕次、原口 徳子、白髭 克彦、平岡 泰
    • 学会等名
      9th INTERNATIONAL FISSION YEAST MEETING
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A new method for three-dimensional chromatic correction for fluorescence microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志、原口 徳子、平岡 泰
    • 学会等名
      The 24th Congress of the International Commission for Optics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生物観察に適応した色収差計測法と補正技術2017

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 回折限界を超えた蛍光顕微鏡で細胞構造を見る2017

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志
    • 学会等名
      第50回日本原生生物学会大会・第1回日本共生生物学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 3D蛍光イメージングの適応的色収差補正2017

    • 著者名/発表者名
      松田 厚志
    • 学会等名
      Andor Academy
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Super-resolution imaging and precise distance measurements in live fission yeast cells The 14th International Congress on Yeast2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuda, Tokuko Haraguchi, Yasushi Hiraoka
    • 学会等名
      The 14th International Congress on Yeasts
    • 発表場所
      淡路島夢舞台国際会議場、兵庫県淡路市
    • 年月日
      2016-09-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Super-Resolution and Chromatic Correction Above the Cover Slip2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuda, Yasuhiro Hirano, Tokuko Haraguchi and Yasushi Hiraoka
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Sensing Conference 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県横浜市
    • 年月日
      2016-05-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 色収差補正ソフトウェア

    • URL

      https://github.com/macronucleus/Chromagnon

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 情報通信研究機構未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室生物情報グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/frontier/seibutsu/CellMagic/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 情報通信研究機構・未来ICT研究所・生物情報グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/frontier/seibutsu/CellMagic/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 大阪大学核ダイナミクス研究室

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-06-16  

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