Novel wide-field and deep optical imaging of neural circuits in mouse brain utilizing fluoropolymer nanosheet

利用含氟聚合物纳米片对小鼠大脑神经回路进行新型宽视场和深度光学成像

• 批准号: 21J14773
• 负责人: 高橋 泰伽
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2022)The Graduate University for Advanced Studies (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14773/
• 关键词: In vivo ２光子顕微鏡法; ナノシート; ナノマテリアル; オープンスカル法; 脳神経科学; 二光子顕微鏡; In vivo イメージング

脳の作動原理や精神疾患の機序を解明する上では、細胞一つの活動だけではなく、ネットワーク全体の同期的な活動を計測する必要がある。しかし、マウス生体脳内の単一神経細胞の観察に用いられるin vivo二光子顕微鏡法は、脳表層の狭い領域を高精細に光イメージングするには適しているが、脳深部かつ広範囲での観察は困難であった。この原因の一つは、マウス生体脳の神経細胞を高解像度で観察するにあたって使用される、頭蓋骨の一部を除去してカバーガラスで置換して観察窓を作成する手術（オープンスカル法）にあった。本研究では、新規光学素材とナノ材料の高分子超薄膜 (ナノシート)を併用したオープンスカル法の改良を実施し、昨年度までに覚醒マウス観察時の視野ブレと長期観察を実現する新規手法の骨子を確立した。本年度は、ナノシートと併用する新規光学素材の実用性の検証として、新規手法を用いて作成した観察窓の生体組織への影響を免疫染色法を用いて評価した。その結果、ナノシートを用いることで炎症の度合いが低いことを確認した。また、より広視野での観察の実現に向けて大脳皮質以外の領域に新規手法を用いることにも成功した。一方、深部イメ―ジングへの応用として、光学収差を低減する技術と併用することにより、脳深部領域における観察像をより高いSignal-Background 比で取得することに成功した。これらの成果については、現在原著論文を投稿中である。

为了阐明大脑的运行原理和精神障碍的机制，不仅需要测量单个细胞的活动，还需要测量整个网络的同步活动。然而，用于观察活体小鼠大脑中单个神经元的活体双光子显微镜适用于大脑表面狭窄区域的高清光学成像，但难以观察深层和宽阔的区域大脑很困难。其原因之一是手术（开颅法），该手术用于以高分辨率观察活体小鼠大脑中的神经元，方法是切除部分头骨并用盖玻片替换以形成观察窗。 。在这项研究中，我们使用新型光学材料和由纳米材料制成的超薄聚合物薄膜（纳米片）改进了开颅法。截至去年，我们已经制定了一种消除观察过程中视野模糊的新方法的轮廓清醒小鼠并实现长期观察。今年，为了验证与纳米片结合使用的新型光学材料的实用性，我们使用免疫染色来评估使用新方法创建的观察窗对活体组织的影响。结果证实，通过使用纳米片，炎症程度较低。他们还成功地将一种新方法应用于大脑皮层以外的区域，以实现更广阔的视野观察。另一方面，作为深度成像的应用，通过将该方法与减少光学像差的技术相结合，我们成功地获得了具有更高信号背景比的深部大脑区域的图像。我们目前正在提交有关这些结果的原始论文。

项目成果

3D imaging techniques

3D 成像技术

• DOI: 10.2745/dds.37.444
• 发表时间: 2022
• 期刊: Drug Delivery System
• 作者: Fumoto Shintaro;Takahashi Taiga
• 通讯作者: Takahashi Taiga

高分子超薄膜を活用したマウス脳の長期的な広視野in vivo二光子イメージング

使用超薄聚合物薄膜对小鼠大脑进行长期宽视场体内双光子成像

• 发表时间: 2022
• 作者: 高橋泰伽;張宏;揚妻正和;鍋倉淳一;大友康平;岡村陽介;根本知己
• 通讯作者: 根本知己

Advanced observation of brain and nerve cells using two-photon microscopy with novel techniques

• DOI: 10.1093/jmicro/dfac047
• 发表时间: 2022-09-21
• 期刊: MICROSCOPY
• 影响因子: 1.8
• 作者: Ishii, Hirokazu;Takahashi, Taiga;Nemoto, Tomomi
• 通讯作者: Nemoto, Tomomi

高分子超薄膜を用いたマウス脳深部の広視野in vivo二光子イメージング

使用超薄聚合物薄膜对小鼠大脑深处进行广域活体双光子成像

• 发表时间: 2022
• 作者: 各務 響;雨宮 智宏;岡田 祥;王 雅慧;西山 伸彦;胡 暁;高橋泰伽 張宏 川上良介 鎗野目健二 揚妻正和 鍋倉淳一 大友康平 岡村陽介 根本知己
• 通讯作者: 高橋泰伽 張宏 川上良介 鎗野目健二 揚妻正和 鍋倉淳一 大友康平 岡村陽介 根本知己

In vivo cortex-wide imaging of living mouse brain utilizing novel fluoropolymer nanosheet

利用新型含氟聚合物纳米片对活体小鼠大脑进行体内皮质全成像

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamura Tomoya;Otsuka Kento;Hu Shuaifeng;Hashimoto Ruito;Morishita Taro;Handa Taketo;Yamada Takumi;Truong Minh Anh;Murdey Richard;Kanemitsu Yoshihiko;Wakamiya Atsushi;Taiga Takahashi
• 通讯作者: Taiga Takahashi