Development of highly-biocompatible super-resolution fluorescence polarization imaging

高度生物相容性超分辨率荧光偏振成像的开发

• 批准号: 22K04891
• 负责人: 和沢 鉄一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04891/
• 关键词: 超解像イメージング; 蛍光偏光; 配向秩序; 光スイッチング蛍光タンパク質; フーリエ解析; 蛍光変調; 蛍光顕微鏡; 偏光; タンパク質複合体; 生体適合性

本研究の目的は、超解像蛍光偏光イメージング技術を開発し、細胞中の蛍光標識タンパク質複合体の蛍光偏光測定を通して、複合体の配向および秩序化と細胞生理機能との関係を解析するための方法論を確立することである。具体的な実施項目は、(1)低強度照明光による細胞適合性の高い超解像蛍光偏光顕微鏡装置の開発、(2)超解像蛍光偏光顕微鏡観察で得られたデータから試料中の蛍光標識物体の配向と配向秩序を高空間分解能で算出する解析手法開発、そして(3)細胞内のタンパク質複合体の配向および配向秩序解析へ向けた超解像蛍光偏光イメージング技術の応用である。本年度は、我々が開発した高生体適合性超解像顕微鏡であるSPoD-OnSPAN超解像蛍光顕微鏡の改変を行い、試料中の蛍光物体の配向および配向秩序の画像を測定するためのメソッド開発を行った。SPoD-OnSPAN超解像蛍光顕微鏡では、光スイッチング蛍光タンパク質で蛍光標識した細胞試料を観察し、周期的に変化する偏光パターンを有する励起光およびスイッチング光を試料に照射することで、試料が発生する蛍光の周期的変動（蛍光変調）を誘起する。そこで、SPoD-OnSPAN超解像蛍光顕微鏡で蛍光変調を含む蛍光画像時系列を撮影・記録し、次いでフーリエ解析を行うことで試料中の蛍光の強度、変調深度、そして変調位相を算出し、それぞれを画像化する手順の開発を行った。この解析法によって、変調深度画像からは蛍光プローブの配向秩序の空間分布情報、そして変調位相画像からは蛍光プローブの配向方向の空間分布情報を得ることに成功した。

The purpose of this study is to develop the technique of ultra-resolution optical polarization, to establish the methodology for the determination of optical polarization of optical labeling complexes in cells, and to analyze the alignment of complexes and the relationship between cellular physiological functions. The specific implementation items include: (1) development of a high resolution polarized light microscope device for cell suitability under low intensity illumination;(2) development of an analytical method for calculating high spatial resolution energy for alignment and alignment order of a fluorescent marker object in a sample obtained by super-resolution polarized light microscope observation;(3) The alignment and alignment order of intracellular protein complexes are analyzed and applied to ultra-resolution optical polarization technology. This year, we have developed a new method for determining the alignment and alignment order of optical objects in samples. SPoD-OnSPAN Superresolution Optical Microscope: Stimulation of light and periodic changes in the polarization of the cell sample during detection and periodic changes in the quality of the sample during irradiation of the sample with light; and induction of periodic changes in the quality of the sample during production of the sample. SPoD-OnSPAN Super Resolution Image Microscope, Light Modulation, Light Including Image Time Series, Image Capture, Record, Sub-analysis, and Sample Light Intensity, Modulation Depth, and Modulation Phase Calculation, and Image Sequence Development This analysis method is successful in obtaining spatial distribution information of the alignment order of the light source and the alignment direction of the light source.

项目成果

「細胞に優しい超解像イメージング」，CSJカレントレビュー45「生体分子環境の化学」

“细胞友好的超分辨率成像”，CSJ Current Review 45“生物分子环境化学”

• 发表时间: 2023
• 作者: Tetsuichi Wazawa;Kai Lu;Takeharu Nagai;野間涼平，和沢鉄一，永井健治；日本化学会編
• 通讯作者: 野間涼平，和沢鉄一，永井健治；日本化学会編

細胞内の温度を0.1℃の分解能，そしてサブミリ秒の分解能で測定する蛍光タンパク質の開発

开发出分辨率为 0.1°C 和亚毫秒分辨率的荧光蛋白来测量细胞内温度

• 发表时间: 2023
• 期刊: 月刊・細胞
• 作者: 和沢鉄一，魯 慨，永井健治

遺伝的にコードされた高速応答蛍光性温度指示薬によるミリ秒細胞内熱輸送プロセスの観察

使用基因编码的快速响应荧光温度指示器观察毫秒细胞内热传输过程

• DOI: 10.18958/7173-00003-0000351-00
• 发表时间: 2022
• 作者: Fujishiro Takashi;Nakamura Ryosuke;Kunichika Kouhei;Takahashi Yasuhiro;Sugiura K & Nagai T;和沢鉄一，魯 慨，永井健治
• 通讯作者: 和沢鉄一，魯 慨，永井健治

Joule heat production in cells

细胞中产生的焦耳热

• 发表时间: 2023
• 作者: Tetsuichi Wazawa;Kai Lu;Takeharu Nagai
• 通讯作者: Takeharu Nagai