Development of simultaneous ultra-fast 3D super resolution imaging and 3D single molecule tracking microscope system

同步超快速3D超分辨率成像和3D单分子跟踪显微镜系统的开发

• 批准号: 21K15058
• 负责人: 角山 貴昭
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15058/
• 关键词: 1分子蛍光顕微鏡法; 3次元超解像顕微鏡法; 神経シナプス; 神経受容体; 3次元蛍光１分子追跡; 超解像顕微鏡法; シナプス; 群島構造

本研究では超高速3D超解像イメージング技術を開発し、それを用いてシナプスの群島構造を解明することを目的としている。前年度までには顕微鏡の検出光路にシリンドリカルレンズを挿入し、その性能評価を行った。その結果、適切な曲率をもつシリンドリカルレンズを使用することにより、XY方向の位置決定精度が30nm程度、Z方向の位置決定精度が60nm程度の正確性をもって１分子蛍光追跡が可能となった。本年度ではさらに広範囲のZ方向への追跡を可能とするため、液体レンズを用いた高速Zスキャンのセットアップを行なった。まず、特注のサンプルホルダーを用いて、対物レンズとレボルバーの間に液体レンズユニットを挿入した状態でサンプルを固定できるように工夫し、観察時のサンプルドリフトを数nm以下に抑えられるようにした。液体レンズの焦点距離はアナログ電圧信号によって制御が可能なので、自作の顕微鏡制御システムを用いて、信号ボードからのアナログ制御が可能なようにセットアップした。さらに観察フレーム単位での同期を可能とするため、カメラ制御信号との同期を可能とするソフトウェアの開発も行なった。さらにシナプスの群島構造、軸索でのアクチンリング構造を可視化するため、神経細胞の培養方法の最適化も検討した。通常、神経細胞の分散培養ではある程度の細胞密度がないと正常な神経細胞の成熟が阻害されるが、群島構造やリング構造の可視化のためには低密度培養が必須となる。共培養するグリア細胞の密度や、培養液の最適化を試験し、最終的に通常の高密度培養で１週間培養した培地を再利用する、コンディションドメディウムを用いた手法によって、通常の５倍程度まで密度を減らしても通常と同等の成熟が見られることが分かった。来年度からは実際にセットアップしたシステムを用いて、最適化した神経細胞の観察を行なっていく予定である。

This study aims to develop ultra-high-speed 3D imaging technology and to understand the structure of islands. In the past year, the performance evaluation of micromirrors has been carried out. As a result, the accuracy of position determination in XY direction is about 30nm, and the accuracy of position determination in Z direction is about 60nm. This year, the Z-direction tracking of the vehicle is possible. In addition to the above, it is also possible to increase the temperature of the liquid when the liquid is in a fixed state. The focus distance of the liquid crystal is different from that of the electric voltage signal, and the automatic micro-mirror control system is used. The detection unit may detect the synchronization of the signal and may detect the synchronization of the signal This paper discusses the visualization of archipelagic structures, axonal structures, and optimization of culture methods for neurons. Usually, the concentration of neurons in dispersion culture is different from that in normal neurons, and the structure of islands is different from that in visualization culture. The density of the co-cultured cells, the optimization of the culture medium, the final high-density culture, the re-use of the culture medium, the reduction of the density, and the re-use of the culture medium. In the coming years, we will continue to optimize and optimize the monitoring of brain cells.

项目成果

Nanoscale LLPS-based liquid-like signaling platform that cooperatively integrates RTK, GPCR, and GPI-anchored receptor signals

基于纳米级 LLPS 的液体信号平台，协同集成 RTK、GPCR 和 GPI 锚定受体信号

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Suzuki;Tak-aki Tsunoyama;Tak-aki Tsunoyama
• 通讯作者: Tak-aki Tsunoyama

Nanoscale condensed liquid platform on the plasma membrane for signal integration

质膜上的纳米级凝聚液体平台用于信号集成

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Suzuki;Tak-aki Tsunoyama
• 通讯作者: Tak-aki Tsunoyama