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3次元空間でのシンギュラリティ細胞特定のための光音響イメージング

公募研究

研究領域シンギュラリティ生物学
研究課題/領域番号 21H00445
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 複合領域
研究機関防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛

研究代表者

石原 美弥  防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 医用工学, 教授 (30505342)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード光イメージング / 超音波イメージング / 蛍光タンパク質 / 色素タンパク質 / 分光(スペクトル) / in vivoイメージング / 自家信号 / タンパク質イメージング / 分光 / 蛍光量子収率
研究開始時の研究の概要

本研究では、シンギュラリティ細胞を特定するために、光音響自家信号と色素タンパク質信号を組み合わせて初めて明らかにできる細胞動態の時空間的イメージングを目的とする。
光源を共有して光音響画像と蛍光画像の同時取得を具現化し、2次元イメージングから3次元イメージングへの展開が光音響イメージングによって実現可能であることを実証する。
加えて、超音波が空間等方的に伝播することを利用して、反射型の光音響イメージングシステムを開発する。本研究により、光音響イメージングがAMATERASに深さ方向の情報を加え、観察空間を拡張できる意義は大きい。

研究実績の概要

本研究では、研究代表者の実績がある光音響イメージングをシンギュラリティ生物学に活用する。シンギュラリティ生物学では、シンギュラリティ細胞の特定に時空間イメージング技術が必要であることが共有され、木も森も見るシステムとして、ミクロな精度でマクロな時空間動態を解析できるAMATERAS (A Multi-scale/modal Analytical Tool for Every Rare Activity in Singularity) が開発されている。光音響イメージングは超音波検出の原理であるため、光音響画像は、AMATERASでは取得できない深さ情報がある。この特徴を活かすために、これまでに光音響顕微鏡を構築した。これにより、色素タンパク質が発現している細胞を対象として、3次元画像が取得できるようになった。
今年度は、3次元画像に時空間動態の「時」の情報が取得できる技術課題に対応した。具体的にはステージトップインキュベーターを光音響顕微鏡に導入し、長時間の細胞培養を可能にした。次に、ガルバノスキャナを用いて、高速に光音響画像が取得できるように、光音響顕微鏡システムを改良した。ただし、改良光音響顕微鏡でも、超音波検出は単素子に留まっている。この改良光音響顕微鏡で、体表から非侵襲的に血管内の血球の動きをイメージングできる性能を持つ事を確認した。改良光音響顕微鏡でスフェロイドを対象にマルチカラー光音響画像が取得できることを確認した。性能評価の過程において、いくつかの技術課題が明らかになったが、in vivoイメージングが可能な対象が拡大できる光音響顕微鏡システムとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] バイオセンサーを可視化する光音響イメージングのポテンシャル2023

    • 著者名/発表者名
      石原美弥
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 55 ページ: 78-82

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoacoustic microscopy using supercontinuum light for in vivo microscopic imaging of living tissue dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Hirasawa Takeshi、Tachi Kazuyoshi、Miyashita Manami、Ishikawa Tomohiro、Ito Keiichi、Ishihara Miya
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 12379 ページ: 194-198

    • DOI

      10.1117/12.2652280

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectroscopic photoacoustic microscopic imaging during single spatial scan using broadband excitation light pulses with wavelength-dependent time delay2022

    • 著者名/発表者名
      Hirasawa Takeshi、Tachi Kazuyoshi、Miyashita Manami、Okawa Shinpei、Kushibiki Toshihiro、Ishihara Miya
    • 雑誌名

      Photoacoustics

      巻: 26 ページ: 100364-100364

    • DOI

      10.1016/j.pacs.2022.100364

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Blue Laser Irradiation Decreases the ATP Level in Mouse Skin and Increases the Production of Superoxide Anion and Hypochlorous Acid in Mouse Fibroblasts2022

    • 著者名/発表者名
      Nakayama Eiko、Kushibiki Toshihiro、Mayumi Yoshine、Azuma Ryuichi、Ishihara Miya、Kiyosawa Tomoharu
    • 雑誌名

      Biology

      巻: 11 号: 2 ページ: 301-301

    • DOI

      10.3390/biology11020301

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photocrosslinked gelatin hydrogel improves wound healing and skin flap survival by the sustained release of basic fibroblast growth factor2021

    • 著者名/発表者名
      Kushibiki Toshihiro、Mayumi Yoshine、Nakayama Eiko、Azuma Ryuichi、Ojima Kenichiro、Horiguchi Akio、Ishihara Miya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 23094-23094

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02589-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chromatic-aberration-free multispectral optical-resolution photoacoustic microscopy using reflective optics and a supercontinuum light source2021

    • 著者名/発表者名
      Tachi Kazuyoshi、Hirasawa Takeshi、Okawa Shinpei、Horiguchi Akio、Ito Keiichi、Ishihara Miya
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 60 号: 31 ページ: 9651-9651

    • DOI

      10.1364/ao.434817

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoacoustic imaging as a bridge from medical imaging to bioimaging2021

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Miya
    • 雑誌名

      Proc. SPIE, Biomedical Imaging and Sensing Conference 2021

      巻: 11925 ページ: 8-13

    • DOI

      10.1117/12.2615402

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoacoustic imaging of fresh human surgically and endoscopically resected gastrointestinal specimens2021

    • 著者名/発表者名
      Ikematsu Hiroaki、Ishihara Miya、Okawa Shinpei、Minamide Tatsunori、Mitsui Tomohiro、Kuwata Takeshi、Ito Masaaki、Kinoshita Takahiro、Fujita Takeo、Yano Tomonori、Omori Toshihiko、Ozawa Satoshi、Murakoshi Dai、Irisawa Kaku、Ochiai Atsushi
    • 雑誌名

      DEN Open

      巻: 2 号: 1

    • DOI

      10.1002/deo2.28

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Photoacoustic imaging technology to visualize from cells to organs in vivo2022

    • 著者名/発表者名
      Miya Ishihara
    • 学会等名
      SPIE Biomedical Imaging and Sensing Conference(BISC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoacoustic microscopy using supercontinuum light for imaging of chromoproteins in living cells2022

    • 著者名/発表者名
      Miya Ishihara,Takeshi Hirasawa,Zhai Le,Manami Miyashita,Tomoki Matsuda,Hideji Murakoshi,Takeharu Nagai
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2022 On Demand
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectroscopic photoacoustic microscopic imaging during single spatial scan using a supercontinuum light source2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Hirasawa,Tachi Kazuyoshi,Shinpei Okawa,Miya Ishihara
    • 学会等名
      SPIE Photonics WEST BiOS 2022 On Demand
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoacoustic imaging as a bridge from medical imaging to bioimaging2021

    • 著者名/発表者名
      Miya Ishihara
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Sensing Conference(BISC 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] インフルエンザワクチンマウスモデルにおける半導体レーザーによる早期アジュバント効果2021

    • 著者名/発表者名
      槇 陽平, 君塚 善文, 小野 岳史, 石原 美弥, 櫛引 俊宏, 川名 明彦
    • 学会等名
      第 25 回日本ワクチン学会学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光音響技術による血管イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      石原 美弥
    • 学会等名
      第 44 回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 連続波 1064nm 半導体レーザーを用いたインフルエンザワクチンの早期増強効果の検討2021

    • 著者名/発表者名
      槇 陽平, 君塚 善文, 小野 岳史, 石原 美弥, 櫛引 俊宏, 川名 明彦
    • 学会等名
      第42回日本レーザー医学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 【シンポジウム】マルチスペクトル光音響法の造影剤イメージングへの適用とその展望2021

    • 著者名/発表者名
      平沢 壮, 田地 一欽, 大川 晋平, 石原 美弥
    • 学会等名
      第 60 回 日本生体医工学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 【シンポジウム】光音響イメージングのマルチモダリティ化2021

    • 著者名/発表者名
      石原 美弥
    • 学会等名
      第 60 回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 【シンポジウム】消化管腫瘍性病変における光音響イメージングの可能性2021

    • 著者名/発表者名
      池松 弘朗, 大川 晋平, 村越 大, 入澤 覚, 石原 美弥
    • 学会等名
      日本超音波医学会第 94 回学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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