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

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。

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。