組織内水のケミカルイメージングから迫る脳の生理学

通过组织水的化学成像研究脑生理学

• 批准号: 20K20593
• 负责人: 塗谷 睦生
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20593/
• 关键词: 組織内水; 脳; ケミカルイメージング; 分子動態

近年、脳の機能が溶質であるイオンや生理活性物質に加え、それらの共通の溶媒である脳組織内の水の量や状態によって強く制御されているという概念が提唱されるようになった。しかし、脳は光を通し難く、また、水はラベルが困難なため、脳組織内における水の可視化解析は非常に困難であった。本研究はこれらの問題を、組織透過性が高い近赤外光を用い、分子の固有振動を捉えることで可視化するラマン散乱顕微鏡を適用することで乗り越え、脳内水動態の可視化解析を図るものである。本年度は、これまでに開発に成功したSRS（stimulated Raman scattering）シグナル検出系を備えたマルチモダル多光子顕微鏡システムを用い、マウスから調製した急性脳スライス内での水と溶質の挙動の解析を試みた。まず、このシステムを用いることにより、SRSにより水を脳組織深部において高い空間分解能で検出でき、同時に脳組織に導入した蛍光色素を2光子励起し蛍光シグナルを検出できることが明らかとなった。更に、重水と軽水をSRSにより容易に区別できることも確認した。そこで本年度は、脳組織に重水と蛍光色素を導入し、それを経時的に観察することで、脳組織内への水と蛍光色素の拡散を捉え比較することを試みた。ここから、脳組織内において水の動きを捉えることに成功し、溶質との違いを定量的に解析することに成功した。これを異なる発達段階のマウスから調製した脳スライスおよび脳スライスの虚血モデルに適用したところ、これらの条件下において色素の組織内動態は変化するものの、水の動態は変化しない、安定なものであることが明らかとなった。これらの結果は、脳組織内における水の動態は変化に対して非常に安定なものであり、色素とは全く異なる特徴を持つものであることを示しており、更にこれは脳内水動態の理解には水を直接見ることが必要不可欠であることを示唆するものとなった。

In recent years, 脳 の function が solute で あ る イ オ ン や physiological active substances に え, そ れ ら の の common solvent で あ る 脳 tissues の water の state に や よ っ て strong く suppression さ れ て い る と い う concept が mention sing さ れ る よ う に な っ た. し か し, 脳 は light を し difficult く, ま た, water は ラ ベ ル が difficult な た め, 脳 tissues に お け る water の visualization analytical は very difficult に で あ っ た. This study は こ れ ら の problem を high permeability が, organization outside light を use い い nearly chek, molecular の natural vibration を catch え る こ と で visualization す る ラ マ ン scattered 顕 micromirror を applicable す る こ と で 乗 り more え, 脳 the internal dynamic の visualization analytical を 図 る も の で あ る. This year は, こ れ ま で に open 発 に successful し た SRS (stimulated Raman scattering) シ グ ナ ル を 検 out department prepare え た マ ル チ モ ダ ル multiphoton 顕 micromirror シ ス テ ム を い, マ ウ ス か ら modulation し た acute 脳 ス ラ イ ス within で の water と solute の 挙 dynamic analytical を の try み た. ま ず, こ の シ ス テ ム を with い る こ と に よ り, SRS に よ り water を 脳 organization deep に お い て high い space decomposition can で 検 out で き, at the same time に 脳 organization に import し た 蛍 pigment を two photon excitation light up し 蛍 light シ グ ナ ル を 検 out で き る こ と が Ming ら か と な っ た. More に, heavy water と 軽 water を SRS に よ り easy に difference で き る こ と も confirm し た. そ こ で は this year, 脳 に heavy water と 蛍 photopigment を import し, そ れ を 経 when に 観 examine す る こ と で, 脳 tissues へ の water と 蛍 photopigment の company, scattered を catch え compare す る こ と を try み た. こ こ か ら, 脳 tissues に お い て water dynamic き の を catch え る こ と に successful し, solute と の violations い を quantitative analytical す に る こ と に successful し た. こ れ を different な る 発 da Duan Jie の マ ウ ス か ら modulation し た 脳 ス ラ イ ス お よ び 脳 ス ラ イ ス の virtual blood モ デ ル に applicable し た と こ ろ, こ れ ら の conditions に お い て pigment の tissues dynamic は variations change す る も の の, water dynamic は の variations change し な い, stable な も の で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. こ れ ら の results は, 脳 tissues に お け る water の dynamic は variations change に し seaborne て very に settle な も の で あ り, pigment と は く all different な る, 徴 を hold つ も の で あ る こ と を shown し て お り, more に こ れ は 脳 the internal dynamic の understand に は water を directly see る こ と が need not owe で あ る こ と を in stopping す る も の と な っ た.

项目成果

非線形光学顕微鏡の脳科学研究への応用

非线性光学显微镜在脑科学研究中的应用

• 发表时间: 2023
• 期刊: フォトニクスニュース
• 作者: 住拓磨;山本英明;守谷哲;竹室汰貴;金野智浩;佐藤茂雄;平野愛弓;塗谷睦生
• 通讯作者: 塗谷睦生

非線形光学顕微鏡 ~SHG 顕微鏡~

非线性光学显微镜~SHG显微镜~

• 发表时间: 2020
• 作者: Nii Takuro;Maeda Yuichi;Motooka Daisuke;Naito Mariko;Matsumoto Yuki;Ogawa Takao;Oguro-Igashira Eri;Kishikawa Toshihiro;Yamashita Makoto;Koizumi Satoshi;Kurakawa Takashi;Okumura Ryu;Kayama Hisako;Murakami Mari;Sakaguchi Taiki;Das Bhabatosh;Nakamura Shota;O;塗谷睦生
• 通讯作者: 塗谷睦生

Application of non-linear Raman scattering microscopy to pharmacology to visualize invisible targets

非线性拉曼散射显微镜在药理学中的应用以可视化不可见目标

• DOI: 10.1254/fpj.22060
• 发表时间: 2022
• 期刊: Folia Pharmacologica Japonica
• 作者: 田中彬寛;中野智美;國枝武和;塗谷睦生
• 通讯作者: 塗谷睦生

微視的薬物動態の解析手段としての非線形光学顕微鏡

非线性光学显微镜作为分析微观药代动力学的工具

• 发表时间: 2022
• 作者: 李知英;酢谷明人;金子凛;笹野哲郎;井原雄介;幸田尚;竹内純;古川哲史;石野史敏;塗谷睦生
• 通讯作者: 塗谷睦生

非線形光学顕微鏡を用いた細胞・組織内分子動態の解析

使用非线性光学显微镜分析细胞和组织中的分子动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Hideaki Yamamoto;Ayumi Hirano-Iwata;Shigeo Sato;塗谷睦生
• 通讯作者: 塗谷睦生