先端バイオイメージング支援プラットフォーム
概要
| 研究支援代表者 |
狩野 方伸（生理学研究所・研究連携センター・客員教授） |
| 支援機能 |
光学顕微鏡技術支援、電子顕微鏡技術支援、磁気共鳴画像技術支援、画像解析技術支援、技術トレーニング |
| 実施期間 |
平成28～令和3年度 |
| URL |
http://www.nibb.ac.jp/abis/ |
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支援内容
光学顕微鏡技術支援活動
| 生体深部観察支援 |
独自で開発した長波長・補償光学対応の多光子励起顕微鏡を用いて、生きているモデルマウスの脳やがん組織などさまざまな組織や疾患を対象に、リアルタイムイメージングや三次元画像構築を支援します。生体用共焦点レーザー顕微鏡と共焦点レーザー・マクロズーム一体型顕微鏡、超解像顕微鏡(SIM)や光シート顕微鏡を用いた生体観察にも対応可能です。 |
| 光シート顕微鏡支援 |
褪色や光毒性が圧倒的に少なく、かつ広い視野を高速に観察できる光シート顕微鏡を用いた、生体試料の三次元的な観察を支援します。組織や胚、個体のライブ観察、透明化した巨大試料の観察において、観察方法の選択、実際の試料の調製と撮影、得られた画像データの可視化までを支援します。 |
| 4D顕微鏡支援 |
インキュベーター設置型スピニングディスク顕微鏡、二光子顕微鏡などを用いて数日間に至る長時間のタイムラプス観察技術支援を行います。細胞、器官、組織に加え、生体イメージングにも対応するため、各種のレポーターマウスの利用、試料の準備、培養条件および撮影条件の設定、実際の撮影までの技術支援を行います。 |
| IR-LEGO顕微鏡支援 |
熱ショック応答を利用して生体内の単一細胞や局所に赤外レーザー光を照射・加熱して目的遺伝子の発現誘導を行うことができる顕微鏡（IR-LEGO）の利用において、実験計画の立案から実施までを支援します。単一細胞標識による系譜解析、発生・再生に関連する遺伝子の異所性発現による機能解析や、生物の温度応答を局所で行うことで見える現象に応用可能です。 |
| 蛍光生体イメージング支援 |
多光子顕微鏡を用いた、培養細胞から小動物の蛍光ライブイメージングを支援します。多光子顕微鏡には、吸引型臓器固定器、焦点追尾ソフト、麻酔器、心電計が付属しており、数時間にわたるマウスの観察ができます。培養器型多光子顕微鏡は、三次元培養細胞・組織を数日間にわたり安定して観察できます。多光子蛍光寿命顕微鏡は蛍光共鳴エネルギー移動を定量的に測定し、タンパク質間相互作用を画像化します。 |
二光子顕微鏡を用いた
生体イメージング支援 |
二光子顕微鏡を用いて、生きた動物の体内組織の可視化及び摘出組織や培養細胞などのin vitro標本を用いたイメージング、 生体内の様々な細胞の可視化（神経、グリア細胞、血管、腸管、免疫細胞など）、同一個体の同一構造物の長期観察（例：同一シナプスの2ヶ月にわたる長期観察）を支援します。 |
| 二光子蛍光寿命イメージング支援 |
二光子蛍光寿命イメージング顕微鏡によるFRETイメージングを支援します。利用者が作製したプローブを遺伝子導入し、培養細胞や組織内で分子の会合状態や局在の観察に加え、Ras/RhoA/Rac/Cdc42/CaMKIIの活性化プローブは常備しており、すぐに観察可能です。免疫沈降等では得られない細胞内分子の時空間情報を比較的簡便に得ることが可能です。 |
| 海洋生物イメージング解析支援 |
採集、飼育維持、調製などが困難な、海産生物の生殖や発生、行動、生態など多岐にわたる海産生物生理に重要な細胞運動（特に高速運動）の光学顕微鏡観察とイメージングの支援を行います。研究室が臨海施設にある利点を生かし、研究材料の飼育・ハンドリングから生物試料の調製を含めた、海産生物のイメージングを全般的に支援します。 |
| 植物イメージング解析支援 |
チーフコーディネーターによるサポート体制の下、名古屋大学ライブイメージングセンターの機器を利用した、個体を対象とする広視野観察から超解像観察まで幅広いイメージング観察を支援します。植物を主な対象としますが、他の生物種にも対応可能です。 |
| 二光子CSU顕微鏡支援 |
近赤外超短光パルスレーザーを導入したスピニングディスク式2光子共焦点顕微鏡（2光子CSU顕微鏡) による、マルチビームスキャン方式の高速性、低侵襲性という特性を生かした生体組織の深部観察を可能です。その他、世界最深部の生体断層イメージングに成功した生体用2光子顕微鏡、SRRF超解像イメージングシステム及び各種解析ソフトウエアなどが利用可能です。 |
| 超解像顕微鏡支援 |
誘導放出制御顕微鏡(STED)、スピニングディスク超解像顕微鏡(SDSRM)、蛍光分子局在化法(PALM/STORM/GSDIM)など、各種超解像顕微鏡法について、手法の選択・試料調製から観察・画像取得までを包括的に支援します。 |
| ケミカルプローブ作製関連支援 |
有機合成化学と光化学の知識と技術に基づく、各種低分子量ケージド化合物および光機能性プローブの合成、近赤外フェムト秒パルスレーザーを利用する光作動性分子の二光子励起反応効率評価法の相談、および紫外・可視光領域光源を用いる一光子励起光反応効率測定の技術支援を行います。 |
ヘッドマウント顕微鏡によるカルシウムイメージング支援
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小型のヘッドマウント顕微鏡（重さ2g）によるカルシウムイメージングの支援を行います。顕微鏡をマウスの頭に直接固定し、カルシウム指示タンパクを併用することで、自由行動下のマウスにおいて一度に数百の細胞の活動が計測可能です。屈折率分布型レンズ（GRINレンズ）と組み合わせることで、自由行動下における脳深部の細胞の活動や層ごとの細胞の活動の計測も可能です。 |
| 超解像顕微鏡支援・先端レーザー顕微鏡による地域支援支援 |
北海道大学ニコンイメージングセンターのスタッフによる、超高速画像取得や分光イメージングも可能な２台の共焦点顕微鏡、構造化照明タイプの超解像顕微鏡、全反射蛍光顕微鏡、そして多色・多点のタイムラプス観察が可能な蛍光顕微鏡、そして各種解析ソフトウエアを用いた支援において、機器操作から解析までの一連の指導を行います。研究内容に応じて最適な設備の提案も行います。 |
電子顕微鏡技術支援活動
| クライオ電子顕微鏡支援・超高圧電子顕微鏡支援 |
電子線トモグラフィー法と単粒子解析法による適切な電子顕微鏡画像収集を支援します。電子線トモグラフィー法を利用すれば、細胞などのナノメーターレベルの立体構造を明らかにすることができます。また、単粒子解析法を用いれば、比較的大きな生体高分子複合体の構造を原子レベルで明らかにすることも可能です。 |
| 免疫電子顕微鏡支援（GFP標識、二重標識） |
脊椎動物を対象とし、GFP標識、および二重標識の免疫電子顕微鏡支援を行います。その他の蛍光タンパク質やモデル植物についても相談に応じます。 |
| SEM連続断面観察支援（FIB/SEM） |
FIB/SEM tomographyを用いた研究を支援します。本法では、エポンブロック表面の試料の広範囲にわたる高分解能平面画像が得られると共に、その中の特定の領域の三次元微細構造解析を可能とする連続画像が取得できます。SBF-SEM法など、本支援プラットフォーム内の他の支援の利用も視野に入れ、対象とする試料のサイズ、固定・ブロック染色法等の検討を支援します。 |
| 培養細胞におけるVolume CLEM支援 |
最新のFIB/SEM三次元構造解析法を応用したVolume-CLEM (Correlative light electron microscopy:CLEM) 技術を用い、蛍光顕微鏡下にライブイメージングされた培養細胞のCLEM観察を支援します。特定の時空間で生じる生命現象の構造的背景を電子顕微鏡レベルで明らかにすることが可能です。 |
| 徳安法による免疫電子顕微鏡支援 |
徳安法（凍結超薄切片法）を用いた電子顕微鏡観察を支援します。本法は、試料作成の簡便さや、多重染色が可能であること、膜オルガネラの観察に適すること、金コロイドと蛍光標識二次抗体の併用により、標本の光顕レベルのマッピングが可能であること、各種蛍光プローブの蛍光が試料に保持されていることが特徴です。単層培養細胞をペレットにせずに試料作成することが可能となり、培養神経細胞などでの利用も可能です。 |
| SEM連続断面観察支援（SBF-SEM） |
ミクロトーム組み込み式走査型電子顕微鏡(SBF-SEM)を用いて、数十～数百μmにおよぶ比較的広い領域から連続断面画像を取得し、得られたデータから任意の構造を抽出することで、三次元的超微形態情報を抽出し、細胞突起などの複雑な構造の追跡や体積・表面積といった立体的なパラメーターの解析を支援します。 |
| 位相差クライオ電子顕微鏡支援 |
位相差クライオ透過電子顕微鏡による高分解能電顕像の撮影に加えて、単粒子解析、電顕トモグラフィーにより、試料の三次元構造解析を行います。試料作製から、画像データ収集、画像処理、立体再構成、セグメンテーション、ムービー等の作成までを含む。担当者と相談の上、必要な部分の支援を行います。 |
| 凍結割断レプリカ標識実験支援 |
凍結割断レプリカ免疫標識法を用いた膜分子の局在解析を中心に、生体分子の分子発現分布と超微細形態解析の実験支援を行います。本法は、標的分子の細胞膜上分布を裏打ちタンパク質の影響を受けずに可視化できる点で優れており、膜分子の二次元的な配置情報を高感度且つ定量的に取得可能であり、膜貫通ドメインを持つ分子の他、膜脂質修飾を受ける分子や膜脂質分子自体も解析可能です。 |
| 免疫電子顕微鏡支援、免疫電子顕微鏡用抗体作製支援 |
特異抗体を用いた免疫電子顕微鏡観察において、包埋前および包埋後の免疫電子顕微鏡解析を支援します。加えて、組織化学で使用するためのポリクロナール抗体開発において、購入や外部委託作成が困難な抗体の開発を支援します。 |
| クライオ電子顕微鏡ワークフロー支援 |
凍結試料作製からクライオEM観察までのクライオEMワークフロー支援を行います。幅広い凍結技法（急速凍結、高圧凍結、凍結割断、凍結切削など）により試料を調製し、電子線照射ダメージの少ないクライオTEM観察が可能です。また、凍結割断装置および凍結ウルトラミクロトームとクライオSEMをリンクさせたシステムにより、凍結試料のSEM観察が可能です。観察後の追加工で簡易的な連続断面観察もできます。 |
磁気共鳴画像技術支援活動
| 拡散MRI解析支援 |
拡散MRIを用いた病態解明における解析環境の提供、解析方法の教授を行います。利用者が取得した拡散MRIのデータ解析を支援します。また、十分な解析手法を持たない国内各地の研究者を対象に、実際にMRI解析を体験してもらうチュートリアルを開催します。 |
| 機能的MRI計測技術・解析支援 |
fMRIの実験計画・実験実施・データ解析の支援を行います。７テスラ超高磁場MRIを用いた、サブミリメータースケールの高分解能構造画像および高感度機能画像研究やMRS研究、技術開発研究、さらに、リアルタイムでのコミュニケーション時の脳活動を検討する研究に対して，２人の脳活動を同時記録可能なdual fMRIを用いた実験計画および解析についての支援を行います。 |
| 構造/安静時機能的MRI解析支援 |
3テスラ等ヒト用MRIを用いた、T1強調画像（structural MRI [sMRI]）および安静時機能的MRI（resting state fMRI [rs-fMRI]）の計測・解析技術を支援いたします。また、sMRI/rs-fMRI研究の倫理的遂行やデータ管理に関する助言指導や、MRI解析技術のチュートリアルも行います。 |
画像解析技術支援活動
| 生物画像処理・解析用アルゴリズムの開発と技術支援 |
生物・医学画像データが内包する情報の抽出と定量化、目視では検出困難な情報の顕著化、さらには複雑な情報の分かりやすい可視化など、生物・医学画像データ解析全般について支援を行います。また、多次元タイムラプス顕微観察などによる画像データの一括解析について技術支援を行います。 |
| 生物画像解析ソフトウェアの開発と技術支援 |
イメージング結果の画像処理による、生命現象の定量化および知識発見について支援します。複数の処理の組み合わせやパラメータなどのアドバイスを行います。支援内容によっては、目的に特化した手法を一からデザインし、その上でソフトウエアを新たに実装することも可能です。 |
| 電子顕微鏡画像処理支援 |
独自に開発した電子顕微鏡画像を中心とした画像処理・解析・分析を行う為の画像処理システムや、他研究機関で開発が進んでいる電子顕微鏡用のプログラムの利用法に関する支援を行います。二次元画像処理、三次元画像化、三次元画像からの情報抽出を行い、モデリングを進めることが可能です。また、計算機資源を利用した支援や、新たなアルゴリズム開発も可能です。 |
| 生物画像解析のコンサルテーションと技術支援 |
支援担当者が確立してきた、蛍光顕微鏡観察と画像解析による植物細胞形態・細胞骨格構造の定量評価法を用いて、主に光学顕微鏡などによって得られた生物画像の処理、定量評価、分類などの解析を支援します。また、実験系生物科学者の立場から、画像解析を前提にした顕微鏡観察実験全般のコンサルテーションを実施します。 |
| 光学顕微鏡画像の解析支援・コンサルティング |
主に細胞や組織の光学顕微鏡像について、それぞれのサンプルの特性を踏まえた上での画像解析を支援します。また、プローブの選択・導入や撮像条件の検討、解析結果の生物学的解釈も含め総合的に依頼者の研究を支援します。 |
| 生物画像情報の解析・可視化手法の構築と技術支援 |
顕微鏡や医療モダリティで撮影された画像に対し、画質改善や情報の抽出・解析・可視化等を支援します。視認しにくい構造を強調・抽出して2D、3Dによる可視化や、対象の性質や特徴に応じた効果的な定量化による解析の技術支援を行い、課題解決に取り組みます。 |
トレーニング活動
| 光学顕微鏡トレーニング |
生きた細胞内の生体分子のダイナミクスを解析するのに必要な、蛍光顕微鏡の基礎と方法論について講義と実習を行います。最先端の蛍光顕微鏡装置を実際に使用した実習を行い、細胞の扱い方、装置の使い方、画像データの取得・処理法を修得することを目的とします。 |
| 電子顕微鏡トレーニング |
最先端のクライオ技法をメインに、生物試料の高圧凍結から始まるクライオワークフローとして、凍結試料の凍結割断法、凍結切削法などの凍結試料作製法、ならびに作製した凍結試料のクライオTEM/SEM観察法についてのトレーニングを行います。さらに、一般的な電子顕微鏡法、各種の試料作製法についての相談や技術トレーニングについても、個別に対応します。 |
| MRI トレーニング |
MRI研究の裾野を広げていくことを目的に、十分な脳画像解析技術をもたない研究者・学生を対象としたチュートリアルを開催しています。入門的な講義に加え、拡散テンソル像解析や縦断VBMなどに関する種々の実践的な脳MRI解析手法を実演、説明を行います。 |
| 画像解析トレーニング |
標準的な技術の習得と、自らの研究に還元できるような画像解析の基礎固めを行うことを目的として、画像処理アルゴリズムの基礎原理の講義、それを踏まえたタンパク質分子や細胞、組織レベルの対象における、様々な生物・医学画像の解析を実習します。 |
