データ同化を蛍光顕微鏡イメージングに適用する試み

点击翻译按钮获取中文摘要

細胞内のオルガネラや生体分子などの特性や動態を測定するには、GFPなどの蛍光分子を細胞内の生体分子にタグして観測する「蛍光顕微鏡イメージング」が よ く使われている。しかし、これらの方法ではタグされた生体分子が存在する領域の要素の分布や動態について知ることはできるが、それ以外の細胞内領域は観 測できていないため、その構成要素の分布や動態を解析することはほとんどできていない(図1)。また、タグされた生体分子が、どのようにして観測できてい な い領域に存在する要素と相互作用しているのかは、ほとんど明らかになっていない。 本研究では、「データ同化」を蛍光顕微鏡イメージングに適用して、観測できていない細 胞内領域の物理情報、特に「屈折率」と「吸光係数」を再構築するこ とを計画している。蛍光分子が発した光が、細胞の複雑な形状や細胞内のオルガネラなどの障壁により、屈折/反 射/吸収などの光学的効果を起こすため、実際 の画像は、細胞の真の像から多少なりとも 違って写っていることがわかっている。具体的には、これらの物理変数をベースとして細胞 シミュレーションの画像を生成し、実際の画像に変数フィッティングを行ない、観測できて いない領域における細胞内の各オルガネラに対応する屈折率と吸光係数の分布を再構築する ことを目指す。現時点では、研究計画の「細胞モデリング」と「生物画像シミュレーションの実装」に取り掛かっている。具体的には、以下の3つを主に進めて いる。(1) 細胞モデル:シゾン細胞の電験画像をインプットデータとして細胞モデルを構築(2) PALMシミュレータの実装：今後、光学的要素だけでなく、熱及び流体力学的要素も含めた計算を行う。(3)上記の結果として２－３本論文を執筆中。