高効率シンチレータを用いた密着型軟Ｘ線顕微鏡による「生きた」細胞の高速動画撮影

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23241038
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 江島 丈雄 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80261478)
• 研究分担者: 加道 雅孝 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (30360431) ; 柳原 美廣 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40174552)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 軟X線顕微鏡 / 水の窓 / 生物細胞

研究概要

12年度に引き続き、培養液中の細胞を封入し、水の厚さを制御して、細胞像をコントラストよく撮像するために条件出しを行った。SPring-8のBL27SUビームラインにおいて実験を行った結果、おおよそ5μmにすることでコントラストの高い像が得られた。
得られた撮像条件に基づき、軟X線像に含まれる情報を明らかにするために、形と化学状態に注目して実験を行った。観察した細胞を染色しあらかじめオルガネラを特定したうえで、密着顕微鏡法により軟Ｘ線像を得た。蛍光染色には、DAPI、Phalloidin、Mito-trackerを用い、蛍光顕微鏡観察により細胞内のクロマチン、細胞骨格、ミトコンドリアを分別した後に同じ部位の軟Ｘ線顕微鏡観察を行った。その結果、軟X線像に投影された構造と細胞内の構造を対応させることができた。例えばミトコンドリアの場合、可視蛍光像では回折によりぼける像を粒状の構造としてはっきりと分別することができた。
また、波長による軟X線像の違いを探るために、分子科学研究所UVSORの走査型軟X線顕微鏡を用いて水の窓波長領域の含水細胞の分光顕微像を得た。得られた波長ごとの軟X線像に主成分分析とクラスター分析を適用し、細胞内の主要な構造の分離とスペクトル構造の抽出した結果、細胞核とその周辺のオルガネラ構造を分別したうえで、それぞれに対応するN-K吸収端近傍の吸収スペクトルを得ることが出来た。単体ヌクレオチドのN-K吸収端における吸収スペクトルとの比較から、得られたスペクトル構造は、窒素炭素間の結合に伴うπ*構造とσ*構造が主と考えられる。
以上から、13年度は、生物細胞を軟X線顕微鏡により撮像したときに得られる情報を、形状と化学結合状態の違いにより議論した。これらの知見に基づき、今後はよりシステムとして使いやすい顕微鏡の構築を目指したい。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25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] Design and performance of a new VIS-VUV photoluminescence beamline at UVSOR-III (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Fukui, R. Ikematsu, Y. Imoto, M. Kitaura, K. Nakagawa, T. Ejima, E. Nakamura, M. Sakai, M. Hasumoto, and S. Kimura
  • 雑誌名: J. Sync. Rad. 巻: 21 ページ: 452-455
  • DOI: 0.1107/S1600577513032931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Soft X-ray Contact-type Microscope and Application to Micro-spectroscopy in Water-window (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, Y. Neichi, F. Ishida, and M. Yanagihara
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Series 巻: 463 ページ: 012055
  • DOI: 10.1088/1742-6596/463/1/012055
  • 査読あり
• [雑誌論文] hemical Shift Images of Organelles in Leydig cells of Mice Testes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, Y. Neichi, M. Yanagihara, M. Kado, M. Ishino, K. Yasuda, and S. Tamotsu
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Series 巻: 463 ページ: 012047
  • DOI: 10.1088/1742-6596/463/1/012047
  • 査読あり
• [雑誌論文] nvestigation of sample preparation methods for EUV imaging of fixed bio-cells (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, F. Ishida, Y. Neichi, M. Yanagihara
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Series 巻: 425 ページ: 182007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/425/18/182007
  • 査読あり
• [雑誌論文] evelopment of soft X-ray contact microscope for in-situ identification of organelles (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, Y. Neichi, F. Ishida, M. Yanagihara
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Series 巻: 425 ページ: 182008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/425/18/182008
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ observation of cellular organelles with a contact x-ray microscop (2013)
  • 著者名/発表者名: M Kado, M Kishimoto, S Tamotsu, K Yasuda and K Shinohara
  • 雑誌名: Journal ofPhysics:ConferenceSeries 巻: 463 ページ: 012056
  • DOI: 10.1088/1742-6596/463/1/012056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of fine structures of cellular organelles in hydrated biological cells by a soft x-ray microscope combined with a fluorescence microscope (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kado, M. Kishimoto, S. Tamotsu, K. Yasuda, M. Aoyama, and K. Shinohara
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 8849 ページ: 88490C
  • DOI: 10.1117/12.2022332
• [学会発表] Development of a soft x-ray microscope with intense laser-plasma soft x-ray source produced by a high power pulsed laser (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Kado, Maki Kishimoto, Masahiko Ishino, Satoshi Tamotsu, Keiko Yasuda, Masato Aoyama, Shigenobu Tone and Kunio Shinohara
  • 学会等名: HEDS in Asia 2014
  • 発表場所: 釜山(韓国)
  • 年月日: 20140120-20140122
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a grazing-incidence condenser for large NA objective (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ejima, T. Hatano, K. Ohno, T. Fukayama, S. Aihara, & M. Yanagihara
  • 学会等名: The 12th Symposium on X-ray Imaging Optics
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20131118-20131120
• [学会発表] Structural Study of Cellular Organelles with a Laser-Plasma Soft X-Ray Microscope (2013)
  • 著者名/発表者名: Masataka Kado, Maki Kishimoto, Satoshi Tamotsu, Keiko Yasuda, Masato Aoyama and Kunio Shinohara
  • 学会等名: The 12th Symposium on X-ray Imaging Optics
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20131118-20131120
  • 招待講演
• [学会発表] レーザープラズマ軟X線顕微鏡によるアポトーシス細胞核の観察II (2013)
  • 著者名/発表者名: 加道雅孝、岸本牧、刀祢重信、保智己、安田恵子、青山雅人、篠原邦夫
  • 学会等名: 第74 回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Imaging of fine structures of cellular organelles in hydrated biological cells by a soft x-ray microscope combined with a fluorescence microscope (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kado, M. Kishimoto, S. Tamotsu, K. Yasuda, M. Aoyama, and K. Shinohara
  • 学会等名: SPIE 2013
  • 発表場所: サンディエゴ(米国)
  • 年月日: 20130826-20130830
• [学会発表] Development of a grazing-incidence condenser for SX microscope (2013)
  • 著者名/発表者名: T.. Ejima, T. Hatano, K. Ohno, T. Fukayama, S. Aihara, & M. Yanagihara
  • 学会等名: The 38th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 発表場所: Hefei(中国)
  • 年月日: 20130712-20130719
• [学会発表] 点光源軟X線顕微鏡の集光光学系の開発
  • 著者名/発表者名: 江島丈雄、羽多野忠、大野広大、深山宇広、相原翔学、柳原美廣
  • 学会等名: レーザー学会第450回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
• [学会発表] 波長4.5nm用軟X線顕微鏡の斜入射照明光学系の開発
  • 著者名/発表者名: 江島丈雄，羽多野忠，大野広大，深山宇大，相原翔学，柳原美廣
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] 球対称BEUV放射プラズマの電子密度計測
  • 著者名/発表者名: 鵜篭照之，吉田健祐，錦野将元，藤岡慎介，西村博明，東口武史，江島丈雄，富田健太郎，鈴木千尋，大橋隼人，田中のぞみ，疇地宏，鈴木悠平，川崎将人，廣瀬僚一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] 球対称ガドリニウムプラズマからのB-EUV放射特性とスペクトル特性
  • 著者名/発表者名: 吉田健祐，錦野将元，大橋隼人，鈴木千尋，廣瀬僚一，江島丈雄，富田健太郎，東口武史，川崎将人，鈴木悠平，藤岡慎介，鵜篭照之，田中のぞみ，西村博明，疇宏
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] レーザープラズマ軟X線顕微鏡によるアポトーシス細胞核の観察
  • 著者名/発表者名: 加道雅孝、岸本牧、刀祢重信、保智己、安田恵子、青山雅人、篠原邦夫
  • 学会等名: レーザー学会第455回研究会
  • 発表場所: 敦賀市