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バイオフォトニクス研究部門

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研究部門メンバー

光技術を駆使した革新的バイオイメージングによる生理機能の可視化解析

 私たちは、先端的な近赤外超短光パルスレーザー、補償光学、ナノ材料等の光技術を駆使することで,非線形光学過程を活用した革新的なイメージング法を独自に開発し,その生命科学への応用を牽引しています。さらに、独自開発した世界最先端の超深部、超解像、超高速のイメージング法に加えて、補償光学、ナノ材料などを活用することで、生きた個体、組織での非侵襲的な「光による“in vivo”観察」と「光による“in vivo”操作」を実現し、生理機能の定量的な可視化解析法を確立することを目標としています。これにより、神経回路や神経活動、開口放出などの可視化解析から、生体リズムなどを含む生理機能の創発原理やその分子基盤の理解を目指します。
 最近、私たちは世界最深部の生体の断層蛍光イメージングが可能な多光子顕微鏡の開発に成功しました。その結果,生きたマウスの生体脳の表面から約1.6 mmという世界深部の海馬歯状回の神経細胞の断層撮像を実現したのみならず,海馬CA1ニューロンの活動をビデオレートで観察することにも成功しました(図A)。また,細胞機能の長期イメージング技術を駆使し、哺乳動物における生体リズム,24時間周期の概日性リズムの生成とその機能についての研究を推進しています(図C)。一方、新しいレーザー技術を活用し,生細胞における微細な形態や分子の動態を電子顕微鏡に迫る分解能で撮像を可能とする超解像顕微鏡法の研究開発も推進しています(図B)。さらに、高速3次元イメージングを用いて、局所神経回路の機能の創発原理の解明、内分泌・外分泌腺組織や植物細胞の生理機能や、がん、糖尿病等の疾患発症の分子機構の基礎の解明に応用しています(図D)。
 本研究部門では、生命科学はもとより、応用物理、有機化学、基礎医学、薬学にわたる多様な研究室と広く連携し、共同研究を展開しています。そして、生体内での生理現象をありのままで捉えることが可能なイメージング法の高度化と神経・分泌の細胞生理学とをそれぞれ縦、横の糸として、新しい学際領域の創成を推進したいと考えています。新しい学問の開拓への情熱を共有できる大学院生や若手研究者を募集しています。

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(A)マウス生体の皮質全層のニューロンの可視化と海馬歯状回ニューロンの“in vivo”ビデオレートCa2+イメージング。(B)マルチビームスキャン型共焦点顕微鏡を用いた長期イメージングとサーカディアンリズムとウルトラディアンリズムの可視化。(C)2光子STED顕微鏡による超解像イメージング。100 nmを切る高い空間分解能を実現。 (D)マルチビームスキャン型2光子共焦点顕微鏡を用いた生体内コラーゲン分子配向の“in vivo”イメージング

代表的な論文情報

*M. Inoue et al., Cell 177,1346-1360.e24 (2019).
*H. Ishii et al., Biomed. Opt. Express, 10, 3104-3113 (2019).
*Y. Wu et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, E9469-E9478 (2018).
*A. Goto et al., Front. Phys., 7, 56-1–56-9 (2019).
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