心臓の低侵襲In vivoナノ計測のためのリアルタイム符号化撮像法の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K15102
• 研究機関: 中部大学
• 研究代表者: 新谷 正嶺 中部大学, 生命健康科学部, 助教 (40650536)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 電子顕微鏡ライブイメージング / コンピュテーショナルフォトグラフィ / 走査型電子顕微鏡 / 液体レンズ / 画像解析 / 生物物理学 / バイオイメージング / 低侵襲In vivoナノ計測

研究実績の概要

個体や細胞の内部の生体分子やその集合体の挙動を解析する方法は、開口数の高い対物レンズを用いた光学顕微鏡ライブイメージングにほぼ限られる。しかし、開口数1.4の100倍油侵対物レンズを用いると、その焦点深度は300ナノメートルも無い。一般的な光学顕微鏡の光路は直径25.4mmなので、カメラのセンサーが十分に大きかったとして、縦・横が180マイクロメートル、高さが300ナノメートルの薄い平面領域しか計測が出来ない。平面的な培養細胞以外の、多くの生体組織や生体組織内の細胞は形状も動きも立体的である。これらの生体組織や組織内細胞、その内部の生体分子やその集合体の動きを計測するためには、計測法の開発が必要である。
代表者は、高分解能に試料の立体的な構造と動きを計測するために、最終的に以下の2種類の計測方法を開発した。1、かける電圧で曲率の変わる液体レンズを高速で動かすことで、ピントを複数の高さに変えた場合の画像の積算画像(中間像)を取得。その積算画像(中間像)に、点拡がり関数の逆畳み込み処理をすることで焦点深度が広い最終的な像を取得する、コンピュテーショナルフォトグラフィのコンセプトの光学顕微鏡系。2、溶液環境下の生体試料を走査型電子顕微鏡でライブイメージングする方法。この2の方法は特に、高分解能計測と立体的で動的な対象の計測を両立させる方法として、進歩性が大きい。具体的には、高さ方向の計測領域が光学顕微鏡系の50倍以上で、直径20nmの繊維の計測も行えた。Abbeの公式に基づく光学顕微鏡の分解能は200nmである。その10倍以上の分解能をもち、立体的で動く試料の計測を可能とする本手法は、様々な計測に活用できると期待される。

備考

(3)の研究成果は日経産業新聞(2019年7月11日)、(4)の研究成果は日経新聞(2019年5月7日朝刊)に掲載された。

研究成果

• [雑誌論文] Single-cell temperature mapping with fluorescent thermometer nanosheets. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oyama K, Gotoh M, Hosaka Y, Oyama TG, Kubonoya A, Suzuki Y, Arai T, Tsukamoto S, Kawamura Y, Itoh H, Shintani SA, Yamazawa T, Taguchi M, Ishiwata S, Fukuda N
  • 雑誌名: Journal of general physiology 巻: 152 ページ: e201912469
  • DOI: https://doi.org/10.1085/jgp.201912469
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermal activation of thin filaments in striated muscle (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii S, Oyama K, Shintani SA, Kobirumaki-Shimozawa F, Ishiwata S, Fukuda N
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology section Striated Muscle Physiology 巻: 11 ページ: 278
  • DOI: 10.3389/fphys.2020.00278
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Curriculum for Programming and Artificial Intelligence Education for Biomedical Science Students -From the Basics of the Python Language to Artificial Intelligence Algorithms for Generation- (2020)
  • 著者名/発表者名: Shintani SA
  • 雑誌名: Bulletin of Institute of Life and Health Sciences, Chubu University 巻: 16 ページ: 40-49
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tri-functional calcium-deficient calcium titanate coating on titanium metal by chemical and heat treatment (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S, Le P, Ito M, Shintani SA, Takadama H
  • 雑誌名: Coatings 巻: 9 ページ: 561
  • DOI: https://doi.org/10.3390/coatings9090561
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of myofibril passive elastic properties on the mechanical communication between motor proteins on adjacent sarcomeres (2019)
  • 著者名/発表者名: Washio T, Shintani SA, Higuchi H, Sugiura S, Hisada T
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 9 ページ: 9355
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-45772-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microscopic heat pulses activate cardiac thin filaments (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishii S, Oyama K, Arai T, Itoh H, Shintani SA, Suzuki M, Kobirumaki-Shimozawa F, Terui T, Fukuda N, Ishiwata S
  • 雑誌名: Journal of general physiology 巻: 151 ページ: 860 - 869
  • DOI: https://doi.org/10.1085/jgp.201812243
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Molecular mechanisms of contraction rhythm homeostasis in warmed cardiomyocytes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Seine A. Shintani, Shin’ichi Ishiwata, Norio Fukuda
  • 学会等名: The 97th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of alumina layer on titanium alloy by micro-arc oxidation for bearing surface of artificial joint. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Takadama, Rohit Khanna, Seine A. Shintani, and Seiji Yamaguchi
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Apatite formation and antibacterial activity of Ti and Ti-6Al-4V alloy incorporated with Ca, Sr and Ag ions. (2019)
  • 著者名/発表者名: Rina Iwatsuki, Seiji Yamaguchi, Seine A. Shintani and Hiroaki Takadama
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of molecular mechanism of contraction rhythm homeostasis in cardiac myocytes. (Symposium) (2019)
  • 著者名/発表者名: Seine A. Shintani, Takumi Washio
  • 学会等名: The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of molecular mechanism of contraction rhythm homeostasis in cardiac myocytes. (Poster) (2019)
  • 著者名/発表者名: Seine A. Shintani, Takumi Washio
  • 学会等名: The 57th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] 心臓のマルチスケールな構造に備わっている温度を活用する仕組みの研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新谷正嶺，樋口秀男，鷲尾巧
  • 学会等名: 温熱生理研究会
• [学会発表] 心筋細胞に備わる収縮リズム恒常性の分子機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新谷正嶺
  • 学会等名: 第７回「知の創発」研究拠点プロジェクト研究会
  • 招待講演
• [備考] researchmapの研究所情報ページ
  • URL: https://researchmap.jp/Seine_A_Shintani
• [備考] 所属大学の教員情報ページ
  • URL: https://www.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/b44e9f346b010f4dcaa34e30b1ced0d3e3c67b9a.html
• [備考] 研究成果のプレスリリース
  • URL: https://www3.chubu.ac.jp/research/news/25144/
• [備考] 研究成果のプレスリリース
  • URL: https://www3.chubu.ac.jp/research/news/24905/
• [備考] 大学ジャーナルの研究成果の記事
  • URL: https://univ-journal.jp/26703/