2017 Fiscal Year Annual Research Report

Cancer metastasis research that makes full use of innovative imaging technology and medaka as a model of cancer

Planned Research

Project Area	Resonance Biology for Innovative Bioimaging
Project/Area Number	15H05952
Research Institution	Ehime University
Principal Investigator	今村健志愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (70264421)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	出口友則国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域バイオメディカル研究部門先端ゲノムデザイン研究グループ, 主任研究員 (30415715)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	バイオテクノロジー / 癌 / 遺伝子 / タンパク質 / 細胞・組織
Outline of Annual Research Achievements	革新的生体イメージング技術とがんモデルメダカを開発し、がん転移メカニズム解析と創薬スクリーニングに応用することを目的にした研究は、おおむね順調に進展している。具体的には、新規光シート型顕微鏡の開発として、前年度までに構築した２光子Dual-DSLMに加え、Insight Deepseeを用いた新たな光シート型顕微鏡を構築し、前年度までに得られたデータと比較した。その結果、可変波長パルスレーザーを用いることで、波長固定レーザーに比べ、多色のイメージングが可能になり、メダカのリンパ管と移植ヒトがん細胞の同時観察が可能になった。さらに、前年度に購入したソフトウエアを駆使し、機械制御によって自動で24時間を超える長時間ライブ観察が可能になった。追加予算によって購入した広視野対応レンズを導入することで、1.4 mm2の視野を実現した。また、透明化技術を導入し、メダカ以外のサンプルへの応用としてニワトリ胚の神経走行を観察することに成功した。（担当高根沢）画像解析について、がん微小環境の解析に向けて、SHGによる軟骨コラーゲンイメージングのパターン解析に着手した。（担当齋藤）がんモデルメダカの開発として、Prkdc遺伝子(SCID)の変異メダカとIL-2受容体γ鎖(XSCID)の変異メダカを掛け合わせたダブル変異メダカを作製し、蛍光標識したヒトがん細胞の移植実験を行なってきたが、ダブル変異メダカの生存率が低く、さらにヒトがん細胞の生着率も悪かったので、デキサメタゾン投与によって免疫不全状態を誘導し、DsRedで標識したヒトがんHT1080細胞を移植したメダカを観察したところ、がん細胞の分布をメダカが生きた状態で光傷害なく長期間観察が可能であった。（担当出口）
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 新規光シート型顕微鏡の開発として、前年度までに構築した２光子Dual-DSLMとに加え、波長可変パルスレーザーInsight Deepseeを用いた新たな光シート型顕微鏡を構築し、前年度までに波長固定レーザー搭載光シート型顕微鏡で得られたデータと比較し、多色のイメージングが可能になり、GFP標識されたトランジェニックメダカのリンパ管と移植したDsRed標識ヒトがん細胞HT1080の同時観察が可能になり、増殖・浸潤・転移するがん細胞のダイナミックな解析を行うことができた。前年度に購入した制御系ソフトウエアを駆使し、機械制御によって自動で24時間を超える長時間ライブ観察が可能になった。追加予算によって購入した広視野対応レンズを導入することで、新たに購入したCMOSカメラと組み合わせで、1.4 mm2の視野で高空間分解能でのイメージングを実現した。また、レンズが透明化試薬の屈折率にも対応しているため、当該レンズを使った透明化技術を導入し、メダカ以外のサンプルへの応用としてニワトリ胚の神経走行を観察することに成功した。（担当高根沢）がん微小環境の解析に向けて、SHGによる軟骨コラーゲンイメージングのパターン解析に着手した。（担当齋藤）がんモデルメダカの開発として、Prkdc遺伝子(SCID)の変異メダカとIL-2受容体γ鎖(XSCID)の変異メダカを掛け合わせたダブル変異メダカを作製し、蛍光標識したヒトがん細胞の移植実験を行なってきたが、ダブル変異メダカの生存率が低く、さらにヒトがん細胞の生着率も悪かったので、デキサメタゾン投与によって免疫不全状態を誘導し、DsRedで標識したヒトがんHT1080細胞を移植したメダカを観察したところ、がん細胞の分布をメダカが生きた状態で光傷害なく長期間観察が可能であった。（担当出口）
Strategy for Future Research Activity	前年度に構築した波長可変パルスレーザーInsight Deep seeを用いた光シート型顕微鏡を基本に、レンズや光学系に工夫を凝らし、レーザーの形状を巧みに変えることで、より広視野の均一化した励起シート光を実現する光シート型顕微鏡の開発を目指す。同時にZ軸の分解能の向上に取り組む。光学系に液晶デバイスを導入し、偏光を利用した光学効果による画質の向上を目指す。制御系ソフトウエアを改良し、3Dイメージングの高速化に対応した顕微システムを構築する。(担当今村・高根沢) Z軸の空間分解能を改善し、生体深部での蛍光観察を可能にする走査型多光子励起顕微鏡の開発を進める。光シート顕微鏡の特性を活かす透明化技術の開発を進める(担当今村・川上)領域内の共同研究を含め、メダカに移植したヒトがん細胞のがん微小環境を解析するための画像解析技術を開発を進め、SHGによるコラーゲンイメージングを中心に細胞外基質のパターン解析を自動化するソフトを開発する。前年度に購入した高スペックPCを用いて、メダカの4Dイメージング解析を実現する。具体的には、3Dで移植がんの細胞周期やカルシウムイメージングを行い、創薬スクリーニング応用に向けた準備を行う。(担当今村・齋藤)がんモデルメダカの開発として、前年度までPrkdc遺伝子(SCID)の変異メダカとIL-2受容体γ鎖(XSCID)の変異メダカを掛け合わせたダブル変異メダカを作製し、蛍光標識したヒトがん細胞の移植実験を行なってきたが、ダブル変異メダカの生存率が低く、さらにヒトがん細胞の生着率も悪かったので、新たにRag1/Rag2遺伝子の変異メダカを作製し、既製の変異メダカと掛け合わせ、蛍光標識したヒトがん細胞の移植実験を行なう。また、遺伝子導入がん自然発症メダカについては、新たに近年マウスで証明されたドライバー遺伝子の導入を試みる。(担当出口)