In-vivo label-free visualization of intercellular cooperative interactions for electroencephalogram

脑电图细胞间协作相互作用的体内无标记可视化

基本信息

批准号：
21H04961
负责人：
加納英明
金额：
$ 27.29万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04961/
关键词：
ラマン CARS ラベルフリー脳波非線形光学分子イメージング睡眠

项目摘要

生物はなぜ眠らなければならないのか？「眠気」の分子実態は何か？本研究では、現代神経科学最大の謎の一つである睡眠のメカニズムおよび作用を明らかにするために、個々のニューロンの発火現象（ミクロ）と脳波（マクロ）、そして個体（システム）という階層構造に着目する。線虫やマウスなど複数のモデル生物を対象とし、標識無しで膜電位を可視化することのできる新規分子機能イメージング手法を開発・適用することで①個々のニューロンの発火パターンや分子の挙動は睡眠時どうなっているのか？②脳波のコヒーレンス（時空間相関）の起源は何か？そして③それらをつなぐ細胞間協同作用は何か？という点にフォーカスして、「眠気」を細胞間協同作用（マクロ）レベルで明らかにすることを目標に研究を行っている。2年目となる本年度は、初年度に導入した光源を用いた非線形ラマン散乱(coherent anti-Stokes Raman scattering; CARS)顕微鏡を立ち上げた。レーザー光のビーム径およびダイバージェンスの最適化を行うことで、空間分解能の向上を実現した培養生細胞のCARSイメージングを行うことに成功した。また同一視野で明るい蛍光画像の取得ができるよう光学系の工夫も施した。さらに、標識無しで膜電位を可視化する新規分子イメージング手法の構築を目指して、新たに電気生理の装置を導入した。培養細胞に本手法を適用することで、非線形ラマン散乱顕微鏡下での膜電位操作・測定が可能になった。これに加え、「睡眠恒常性」のメカニズム解明につながる知見が、線虫を用いた研究分担者の研究で見出された。また、体の疲れがどのようにして睡眠を引き起こすのか、という仕組みに関する知見が、線虫とマウスを用いた研究分担者の研究で見出された。

为什么生物必须睡觉？ “嗜睡”的分子现实是什么？在这项研究中，我们关注单个神经元的层次结构：发射现象（微），脑波（宏）和个体（系统），以阐明睡眠的机制和影响，这是现代神经科学的最大奥秘之一。通过开发和应用一种新型的分子功能成像方法，该方法可以在不标记的情况下可视化膜电位，靶向多种模型生物，例如线虫和小鼠，1）在睡眠期间，单个神经元分子的发射模式和行为是什么？ ②脑波的相干性（时空相关性）的起源是什么？ ③将它们联系在一起的细胞间合作是什么？考虑到这一点，我们正在进行研究，目的是在细胞间合作（宏）的水平上阐明“嗜睡”。今年，第二年，我们使用第一年引入的光源推出了非线性拉曼散射（CARS）显微镜。通过优化激光束的光束直径和差异，我们成功地对具有改善空间分辨率的培养细胞进行了成像。此外，已经设计了光学系统，以允许获得具有相同视野的明亮荧光图像。此外，引入了一种新的电生理设备，目的是创建一种新型的分子成像方法，可将膜电位视为而无需标记。通过将此技术应用于培养的细胞，可以在非线性拉曼散射显微镜下操纵和测量膜电位。除此之外，研究人员在研究中发现了使用线虫的研究中发现睡眠稳态机理的发现。此外，在研究人员使用线虫和小鼠的研究中发现了有关身体疲劳如何引起睡眠的发现。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マウス脳組織のラベルフリー・マルチモーダル非線形光学イメージング

小鼠脑组织的无标记多模态非线性光学成像

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yin Liang;Mengxue Wang;Yun Liu;Keiji Naruse;Ken Takahashi;加納英明
通讯作者：
加納英明

Spectroscopic second and third harmonic generation microscopy using a femtosecond laser source in the third near-infrared (NIR-III) optical window

在第三近红外 (NIR-III) 光学窗口中使用飞秒激光源的光谱二次和三次谐波发生显微镜

DOI：
10.1364/boe.446273
发表时间：
2022
期刊：
Biomedical Optics Express
影响因子：
3.4
作者：
Yusuke Murakami;Minori Masaki;Shinichi Miyazaki;Ryosuke Oketani;Yu Hayashi;Masashi Yanagisawa;Sakiko Honjoh;Hideaki Kano
通讯作者：
Hideaki Kano

Toward constructing label-free mouse brain atlas using nonlinear Raman spectroscopic imaging

使用非线性拉曼光谱成像构建无标记小鼠大脑图谱