第2、3の生体窓と高次非線形光学効果を駆使した深部超解像蛍光イメージング

利用第二和第三生物窗口和高阶非线性光学效应的深度超分辨率荧光成像

基本信息

批准号：
22H03924
负责人：
山中真仁
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03924/
关键词：
近赤外蛍光深部イメージング深部イメージング

项目摘要

本研究では、生体深部を単一細胞レベルの高解像度で可視化するために、第２および第３の生体窓の波長を積極的に活用した蛍光イメージング技術の開発を目的としている。既製品のレーザー顕微鏡システムは、この波長帯の使用を想定しておらず、十分な透過率が得られないため、生体試料内部の微小信号を検出するのには適さない。そこで、本研究では、第２および第３の生体窓の波長において、高い透過率または反射率を有する光学素子、レンズ、対物レンズなどを用い、この波長帯でも十分な信号を検出できる自作の正立型のレーザー走査顕微鏡システムの開発を進めた。開発した顕微鏡システムを用い、蛍光プローブで標識した細胞の凝集体（スフェロイド）や組織試料越しに標識細胞を観察した結果、単一細胞レベル程度の空間分解能で観察対象を観察できることが確認できた。また、生体模擬試料を用いた実験において、観察する深度を深くしていった場合でも、空間分解能の劣化が抑制できていることが確認できている。これは、従来よりも波長が長いレーザー光を励起光源として利用したことが寄与していると考えられる。現在、また、近赤外光励起で使用できる各種蛍光プローブの検討、およびAI技術を用いた画像処理についての検討を進めた。AI技術を用いた画像処理については、開発した顕微鏡で得られた低信号対ノイズ比の画像において、様々なノイズ低減技術を検討し、信号対ノイズ比の向上に成功している。

这项研究的目的是开发一种荧光成像技术，积极利用第二和第三生物窗口的波长，以便在单细胞水平上以高分辨率可视化身体深层。现成的激光显微镜系统并非设计用于该波长范围，并且不具有足够的透射率，因此不适合检测生物样品内的微小信号。因此，在本研究中，我们使用了在第二和第三生物窗口的波长下具有高透射率或反射率的光学元件、透镜、物镜等，并创建了即使在环境中也能检测到足够信号的自制光学系统。我们在垂直激光扫描显微镜系统的开发中取得了进展。使用开发的显微镜系统，我们通过荧光探针标记的细胞聚集体（球体）和组织样本观察标记细胞，并确认可以在单细胞水平的空间分辨率下观察目标。另外，在使用生物样本的实验中，已经确认即使当观察深度增加时也可以抑制空间分辨率的劣化。这被认为是由于使用了比过去更长波长的激光束作为激发光源。目前，我们还在研究可用于近红外光激发的各种荧光探针，以及使用人工智能技术的图像处理。在使用AI技术的图像处理方面，我们针对使用开发的显微镜获得的低信噪比图像研究了各种降噪技术，并成功提高了信噪比。