量子ドット３次元蛍光イメージングと適応型深部光照明による生体深部観察技術の創成

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04663
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 的場 修 神戸大学, 次世代光散乱イメージング科学研究センター, 教授 (20282593)
• 研究分担者: 湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646) ; 玉田 洋介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50579290)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2024-03-31
• キーワード: 生体深部イメージンング / 量子ドット / 蛍光イメージング

研究実績の概要

生体内部に親和性の高い量子ドットを導入する方法について検討した。量子ドットによる細胞標識として、R8ペプチドを結合させた量子ドットをPC12細胞に取り込ませた。R8ペプチドは塩基性アミノ酸をつなげた配列を持つペプチドであり，目的とする物質をエンドサイトーシスによる細胞内への輸送経路に乗せることが可能であることが知られている。量子ドットとR8ペプチドの混合溶液を保温した後に細胞の培養液に添加したところ，24時間後に細胞内における量子ドットによる顕著な蛍光シグナルを観察することができた。800 nmの中心波長の量子ドットを取り込んだPC12細胞の上に厚さ200 umの脳スライスを設置し，スライスによる散乱された蛍光分布を強度輸送方程式で記録し，複素振幅分布を取得した。また，散乱点像分布関数を求め，量子ドットの散乱画像劣化の回復を行なった。これらの実験データより，周辺にある計測対象の細胞に対する散乱劣化画像の回復に適用するための準備を整えた。令和４年度に作製に成功した赤外光によって２光子励起され，バイオイメージングに汎用的に使用される黄色と赤色蛍光タンパク質の蛍光と同様の波長域に発光中心を持つ量子ドットが，高輝度基準光源として有用であることを確証した。その結果，生体組織深部に移植された細胞イメージングに成功することができた。更に，代表研究者である的場と緊密に連携し，本量子ドットを用いた新規３次元蛍光イメージング技術により，揺らぎを回避した肝臓や膵臓などの生体深部高感度イメージングの可能性を見出した。その他には，液晶レンズを用いた蛍光ディジタルホログラフィック顕微鏡を構成し，エネルギー効率の高い３次元蛍光イメージング系を構築した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] 3D fluorescence imaging through scattering medium using transport of intensity equation and iterative phase retrieval (2024)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Shiori、Shoda Marin、Yoneda Naru、Kumar Manoj、Watanabe Wataru、Murata Takashi、Matoba Osamu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 32 ページ: 10599～10599
  • DOI: 10.1364/OE.510191
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <i>In Vivo</i> Real-Time Quantum Dots Imaging to Track Transplanted Adipose Stem Cells in Different Inflammatory States of Acute Liver Failure Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada Shota、Yukawa Hiroshi、Kitamura Koudai、Mizumaki Toshiki、Yoshizumi Yasuma、Oohara Tomomi、Nanizawa Eri、Hirano Fumika、Sato Kazuhide、Sugawara-Narutaki Ayae、Ishikawa Tetsuya、Baba Yoshinobu
  • 雑誌名: Cell Transplantation 巻: 32 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1177/09636897231176442
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theranostics applications of quantum dots in regenerative medicine, cancer medicine, and infectious diseases (2023)
  • 著者名/発表者名: Yukawa Hiroshi、Sato Kazuhide、Baba Yoshinobu
  • 雑誌名: Advanced Drug Delivery Reviews 巻: 200 ページ: 114863～114863
  • DOI: 10.1016/j.addr.2023.114863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resistive Pulse Sensing on a Capillary-Assisted Microfluidic Platform for On-Site Single-Particle Analyses (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimada Taisuke、Fujino Keiko、Yasui Takao、Kaji Noritada、Ueda Yasuyuki、Fujii Kentaro、Yukawa Hiroshi、Baba Yoshinobu
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 95 ページ: 18335～18343
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.3c02539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative phase imaging based on motionless optical scanning holography (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Naru、Matoba Osamu、Saita Yusuke、Nomura Takanori
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 48 ページ: 5273～5273
  • DOI: 10.1364/OL.496419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatially divided two-step phase-shifting method for computational optical scanning holography (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Naru、Matoba Osamu
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 25 ページ: 124001～124001
  • DOI: 10.1088/2040-8986/ad0406
  • 査読あり
• [学会発表] Image Recovery of Fluorescent Beads by TIE-based Computational Imaging and Phase Retrieval (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiori Matsuda, Naru Yoneda, Manoj Kumar, Xiangyu Quan, Wataru Watanabe, Osamu Matoba
  • 学会等名: Biomedical Imaging and Sensing Conference (BISC) 2023, BISC6-03
  • 国際学会
• [備考] システム計測研究室
  • URL: https://www.lab.kobe-u.ac.jp/csi-applied-optics/index.html