細胞の「硬さ」を非接触計測するブリルアン散乱イメージング

• 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: 18H04749
• 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
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 市村 垂生 大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任准教授(常勤) (50600748)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 生物物理学 / バイオイメージング / エラストグラフィ / 力学計測 / メカノバイオロジー / 生物物理

研究実績の概要

本研究では、細胞内外の弾性を計測するためのブリルアン散乱顕微鏡を開発することを提案した。とくに、本年度はイメージングの高速化とマルチモーダルイメージング法の確立に取り組んだ。従来よりも高強度のレーザーを用いることでレーザー走査を高速化し、従来の約１０倍の速さで画像取得を実現した。これにより、データ収集の効率が飛躍的に高めることができた。また、初年度中に確立したブリルアン散乱-蛍光の同時計測法の開発研究を拡張して、同一試料をブリルアン散乱、ラマン散乱、レイリー散乱および蛍光によって計測できるマルチモーダルイメージング装置を開発し、多数の特徴量によって細胞状態を計測できる新規イメージング手法を確立した。各特徴量間の相関解析により、変量間ネットワークを記述できるようになった。本手法は同一細胞を力学量、化学量、生物量で同時に計測できる手法であり、生体システムを新たな量で可視化し理解することが期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Second harmonic generation polarization microscopy as a tool for protein structure analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaneshiro Junichi、Okada Yasushi、Shima Tomohiro、Tsujii Mika、Imada Katsumi、Ichimura Taro、Watanabe Tomonobu M.
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 16 号: 0 ページ: 147-157
  • DOI: 10.2142/biophysico.16.0_147
  • NAID: 130007709947
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Linking substrate and nucleus via actin cytoskeleton in pluripotency maintenance of mouse embryonic stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: David Brit Gracy、Fujita Hideaki、Yasuda Kyota、Okamoto Kazuko、Panina Yulia、Ichinose Junya、Sato Osamu、Horie Masanobu、Ichimura Taro、Okada Yasushi、Watanabe Tomonobu M
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 41 ページ: 101614-101614
  • DOI: 10.1016/j.scr.2019.101614
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kinesin-binding-triggered conformation switching of microtubules contributes to polarized transport (2018)
  • 著者名/発表者名: Shima Tomohiro、Morikawa Manatsu、Kaneshiro Junichi、Kambara Taketoshi、Kamimura Shinji、Yagi Toshiki、Iwamoto Hiroyuki、Uemura Sotaro、Shigematsu Hideki、Shirouzu Mikako、Ichimura Taro、Watanabe Tomonobu M.、Nitta Ryo、Okada Yasushi、Hirokawa Nobutaka
  • 雑誌名: The Journal of Cell Biology 巻: 217 号: 12 ページ: 4164-4183
  • DOI: 10.1083/jcb.201711178
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell type discrimination based on image features of molecular component distribution (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Germond, T. Ichimura, L.-d. Chiu, K. Fujita, T. M. Watanabe, H. Fujita
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 11726-11726
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30276-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Raman spectral signature reflects transcriptomic features of antibiotic resistance in Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Germond, T. Ichimura, T. Horinouchi, H. Fujita, C. Furusawa, T. M. Watanabe
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 号: 1 ページ: 85-85
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0093-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Quantifying macromolecules and cells via nonlinear and inelastic light scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Taro Ichimura
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ブリルアン散乱で見る多細胞システム (2019)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生、渡邉朋信
  • 学会等名: 平成31年度日本分光学会年次講演会
• [学会発表] 光散乱を用いた顕微分光イメージングによる細胞計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生
  • 学会等名: 第8回バイオナノフォトニクス新産業創造研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞システムのブリルアン散乱分光イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生
  • 学会等名: 第16回医用分光学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Elasticity imaging in multicellular systems by Brillouin scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生, 渡邉朋信
  • 学会等名: 第56回生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ブリルアン散乱による多細胞システムの弾性イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生、ユリア・パニナ、渡邉朋信
  • 学会等名: 平成30年度日本応用物理学会秋季学術講演会