Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

酸素プローブ / 低酸素 / イリジウム錯体 / りん光 / 光イメージング / イメージング

イリジウム(III)錯体は、溶液中において酸素によって顕著に消光されるりん光を示す。本研究では、この酸素によるりん光消光現象を利用して、イリジウム(III)錯体に基づく新しい生体内酸素プローブを設計・合成した。このプローブと共焦点顕微りん光寿命イメージング(PLIM)装置を用いることにより、マウスなどの小動物の臓器や腫瘍の組織内の酸素濃度分布を小動物が生きた状態で高分解能イメージングできる技術を開発することに成功した。

生体内において酸素は、細胞の分化や増殖、代謝さらに細胞間情報伝達など様々な生命活動に関与している。組織中の酸素濃度は、血流の安定や恒常性の機序によって維持されているが、組織内の酸素濃度の変化は、様々な病気の発症や増悪・進行に関わっていると考えられ、組織中の酸素濃度を高分解能でライブイメージングする技術の確立は、医学の進展特に生理学や病理学あるいは病気の発症機序の解明、新しい治療法の確立などに大きく貢献すると期待される。

集積フォトニクス / 光イメージング / 光集積デバイス / イメージング / 光フェーズドアレイ

本研究は、半導体チップに集積した大規模光フェーズドアレイを用いた高速かつ実用的なイメージング手法を構築することを目的としている。そのために、ゴーストイメージング手法を光集積フェーズドアレイ素子に導入することで、半導体チップ内での光位相の精密制御が必要なく、素子の作製誤差や環境変化に依存しない計測手法を新しく提案し、研究開発を進めている。より具体的に、シリコンもしくはインジウムリンに集積した光フェーズドアレイ素子を用いて、これらの手法の有効性を実証すると同時に、半導体のキャリア効果を利用した高速かつ小型なイメージング素子の実現し、LIDAR (ライダー) や医療／生体イメージング応用に展開することを目指している。
2021年度は、前年度に試作した非冗長フェーズドアレイ素子について、評価実験を行った。128個の熱光学式位相シフタを制御することで、19,000点以上の解像点数が得られることを実証した。これは、波長掃引を用いない光フェーズドアレイ素子の実証例としては過去最大の空間分解点数に相当する。また、解像可能点数が光位相シフタ数の二乗でスケールすることを理論的、および、実験的に明らかにした。また、キャリア効果型素子の評価も行い、ゴーストイメージング手法を適用することで必要な位相変化量が緩和されることを実証した。さらに、所望の光波を合成する上で全ての光位相シフタをチップ上で計測し、正確に制御するために、光位相モニタを集積したシリコンフォトニクスチップを実装し、制御回路系を構築した。

光イメージング / 細胞生存 / 細胞療法 / 移植 / イメージング / 生存

本研究は細胞内の分子機能・細胞内環境を制御する新しいシステムを構築し、「移植細胞の保存時の生存能の維持と向上」、そして「移植後の細胞生存率の向上と機能維持」を目指すことを目的とした。細胞内分子機能を制御するために、光感受性タンパク質を利用して、機能制御を行うべくデザインしたプローブを作製した。これをもちいて細胞内分子の活性化制御を試みた結果、光による細胞内分子の活性化制御に成功し、さらに外的ストレスに対する細胞傷害抑制効果を確認することができた。
本研究成果は今後新しい疾患治療技術として、細胞移植などの分野おいて重要な役割を果たすことが期待される。

【研究分担者】
平川陽亮	東京大学	医学部附属病院	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
小澤岳昌	東京大学	大学院理学系研究科(理学部)	教授	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
尾崎倫孝
森田直樹