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2019 年度 実施状況報告書

生体内ナノ構造を長期間にわたり可視化追跡する超解像顕微鏡法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K06591
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究

研究代表者

大友 康平  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (40547204)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード二光子顕微鏡法 / 超解像顕微鏡法 / in vivoイメージング
研究実績の概要

本研究課題の目的である生体内微細構造の長期的可視化を実現するために、本年度も継続して低毒性かつ高精細なイメージングを実現する顕微技術開発を行った。
まず、2018 年度より構築してきた二光子励起誘導放出制御 (STED) 顕微鏡システムについて、STED光の強度不足を補うために導入した新たな高強度赤色パルス光源による成果を原著論文として報告した (H. Ishii et al., Biomedical Optics Express, 10(7), 3104-3113 (2019))。二光子顕微鏡の低い光毒性を維持しながら、100 nm空間分解能での超解像イメージングが可能となったことから、長期イメージングへの適応性についての評価を開始している。
また、高速撮像による低毒性イメージング手法である多点走査型二光子励起顕微鏡法について、三色以上の多色イメージングが行える仕様とする改変を行った。具体的には、2 励起光パルス高速切換照射光学系の導入、線形スペクトル分離法による蛍光信号分離の実装を行った。これにより、哺乳類および植物培養細胞の細胞分裂時における複数細胞内小器官を低侵襲的に三次元追跡することに成功した。本成果については現在原著論文を執筆しており、近日投稿予定である。
さらに、関連要素技術として、新規二光子蛍光色素の評価、ナノ薄膜のイメージング応用を行い、それぞれについて原著論文を発表した (R. S. Avena et al., ACS Omega, 5(5) 2473-2479 (2020); H. Zhang et al., PLOS ONE 15(1) e0227650 (2020))。

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

2019年度の後半は、北海道大学電子科学研究所から自然科学研究機構生命創成探究センターへの所属の異動があり、研究活動の実施時間の一時的な減少を余儀なくされたものの、2018年度に着手した蛍光色素選定、構築した二つの顕微鏡システムの更なる最適化という本年度の目標についてはおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

最終年度の2020年度は、2019年度までに構築してきた顕微鏡システムおよび周辺技術を用いた生体イメージングを行い、特に光毒性、長期観察適合性に着目して性能ならびに実用性の評価を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

北海道大学電子科学研究所から自然科学研究機構生命創成探究センターへの異動に伴い、研究活動の実施時間の一時的な減少を余儀なくされたため、予定していた物品購入を次年度に延期した。次年度使用額については、新所属での顕微鏡システムの構築に目処が立ち次第、物品購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Absorption, Fluorescence, and Two-Photon Excitation Ability of 5-Phenylisolidolo[2,1-a]quinolines2020

    • 著者名/発表者名
      Avena Ramon Francisco、Qiao Lin、Fujii Yuki、Otomo Kohei、Ishii Hirokazu、Suzuki Takeyuki、Tsujino Hirofumi、Uno Tadayuki、Tsutsumi Yasuo、Kawashima Yusuke、Takagi Tatsuya、Murai Kenichi、Nemoto Tomomi、Arisawa Mitsuhiro
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 ページ: 2473~2479

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b04070

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanosheet wrapping-assisted coverslip-free imaging for looking deeper into a tissue at high resolution2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Hong、Yarinome Kenji、Kawakami Ryosuke、Otomo Kohei、Nemoto Tomomi、Okamura Yosuke
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: e0227650

    • DOI

      https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227650

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Novel Katanin-Tethering Machinery Accelerates Cytokinesis2019

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takema、Tsutsumi Motosuke、Otomo Kohei、Murata Takashi、Yagi Noriyoshi、Nakamura Masayoshi、Nemoto Tomomi、Hasebe Mitsuyasu、Oda Yoshihisa
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 29 ページ: 4060~4070.e3

    • DOI

      10.1016/j.cub.2019.09.049

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two-photon STED nanoscopy realizing 100-nm spatial resolution utilizing high-peak-power sub-nanosecond 655-nm pulses2019

    • 著者名/発表者名
      Ishii Hirokazu、Otomo Kohei、Hung Jui-Hung、Tsutsumi Motosuke、Yokoyama Hiroyuki、Nemoto Tomomi
    • 雑誌名

      Biomedical Optics Express

      巻: 10 ページ: 3104~3104

    • DOI

      10.1364/BOE.10.003104

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rational Engineering of XCaMPs, a Multicolor GECI Suite for In Vivo Imaging of Complex Brain Circuit Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Inoue M、Takeuchi A、Manita S、Horigane S、Sakamoto M、Kawakami R、Yamaguchi K、Otomo K、Yokoyama、Kim R、Yokoyama T、Takemoto-Kimura S、Abe M、Okamura M、Kondo Y、Quirin S、Ramakrishnan C、Imamura T、Sakimura K、Nemoto T、Kano M、Fujii H、Deisseroth K、Kitamura K、Bito H
    • 雑誌名

      Cell

      巻: 177 ページ: 1346~1360.e24

    • DOI

      10.1016/j.cell.2019.04.007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2光子励起顕微鏡法のナノイメージングへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      石井宏和, 根本知己, 大友康平
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 30 ページ: 49-53

  • [雑誌論文] 透過型液晶素子を用いた二光子励起STED顕微鏡2019

    • 著者名/発表者名
      大友康平, 石井宏和, 根本知己
    • 雑誌名

      フォトニクスニュース

      巻: 5 ページ: 192-195

  • [学会発表] Improvements of two-photon microscopy techniques for understanding intravital phenomena2020

    • 著者名/発表者名
      大友康平, 根本知己
    • 学会等名
      第8回 脳機能と脳型計算機に関するRIEC国際シンポジウム
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生命現象の可視化のための二光子顕微技術開発2019

    • 著者名/発表者名
      大友康平
    • 学会等名
      日本分光学会 令和元年度 生細胞分光部会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー走査型蛍光顕微鏡の基礎, 光技術応用による機能向上2019

    • 著者名/発表者名
      大友康平
    • 学会等名
      定量生物学の会 北海道キャラバン
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物イメージングのための多光子顕微技術開発2019

    • 著者名/発表者名
      大友康平、日比輝正、小澤祐市、横山弘之、佐藤俊一、根本知己
    • 学会等名
      第7回糸状菌分子生物学研究会若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] Improvements of two-photon excitation fluorescence microscopy for deeper, sharper and/or faster bio imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Otomo
    • 学会等名
      JSPS Core-to Core Program A iC-Cubix3 Kick-off meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 二光子励起顕微鏡の機能向上と生体内部高精細イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      大友康平
    • 学会等名
      第14回 日本分子イメージング学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] Improving two-photon microscopy for deeper, sharper and/or faster bioimaging2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Otomo
    • 学会等名
      NIG seminar, the 2050th Biological Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2光子スピニングディスク顕微鏡による低侵襲4Dスペクトルイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      鎌田恭史、大友康平、村田隆、比留間翔太、上原亮太、長谷部光泰、根本知己
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] In vivo visualization of dendritic spines in deep regions of the mouse frontal cortex with two-photon excitation adaptive optical (AO) microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Yamaguchi, Kohei Otomo, Yuichi Kozawa, Shunichi Sato and Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      定量生物学の会 北海道キャラバン
  • [学会発表] Four-color three-dimensional live cell imaging by two-photon excitation spinning disk confocal microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Otomo, Takafumi Kamada, Takashi Murata, Mitsuyasu Hasebe, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      Focus On Microscopy 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Compact two-photon excitation STED nanoscopy with high-peak-power sub-nanosecond 655-nm pulsed light source2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishii, Kohei Otomo, Jui-Hung Hung, Motosuke Tsutsumi, Hiroyuki Yokoyama, Tomomi Nemoto
    • 学会等名
      Focus On Microscopy 2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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