DATA SCIENCE 北里大学のデータサイエンス

バイオイメージインフォマティクス ―見えないものを可視化するテクノロジー― Bioimage Informatics (BI)

複雑な生命現象を「見える化」して解明する研究室です。生命現象は様々な分子が担う時間と空間のパターンとして認識されます。それらを全て「見える」ようにできれば、神経機能とその障害、癌などの生命現象の理解は格段に深まります。そのような見える化の方法(可視化技術)を、見るための道具(蛍光タンパク質などのプローブ)作りから、得られた可視化像の意味づけ(情報科学)までの広範なアプローチで生命現象のデータサイエンスに挑みます。

  • 教授 : 岡 浩太郎 
  • 准教授 : 新藤 豊
キーワード :
蛍光イメージング 画像解析 神経情報学 生命現象の物理化学

細胞内の様々な生命現象を「見る対象を決めてイメージングする」ことと「見る対象を決めないでイメージングする」2つのアプローチで研究を進めています。
「見る対象を決めてイメージングする」(Bioimaging with targets)研究では、これまでに低分子有機プローブを利用して、細胞内Mgイオンの動態を可視化する研究で世界をリードしてきました。また蛍光タンパク質型プローブを利用して、細胞内セカンドメッセンジャーの同時可視化、エネルギー代謝とミトコンドリア機能の可視化、線虫などの神経細胞内での情報伝達の可視化などの研究を進めています。
また「見る対象を決めないでイメージングする」(Bioimaging without targets)研究では、ラマンイメージングやハイパースペクトルカメラを利用したイメージングの研究にも取り組んでいます。この研究では、例えば染色していない脳標本から脳地図を自動生成する研究などを進めており、画像解析を中心としたインフォマティクスを利用しています。

研究室NEWS

岡 浩太郎

元々は応用物理学(計測工学)からこの分野に入ってきました。そのため「生命現象を可視化する」テクノロジーに大変興味があります。もう40年以上前に蛍光顕微鏡で最初に見た細胞の美しいイメージが未だに忘れることができません。次の50年を担う学生を育てて行きたいと思っています。

新藤 豊

生き物の中で起こっている目に見えない現象をどうやって目に見えるようにするか?見えたものからどんな意味のあるデータを取り出せるか?そんなことを考えながら生命現象を細胞レベルから解き明かすことを目指しています。データを取るところから解析まで幅広くやっています。

線虫の匂い感覚受容神経細胞で主要なセカンドメッセンジャーであるcGMPのイメージングに成功し、この神経細胞機能が細胞内コンパートメントで異なることを明らかにしました(Shidara et al. J. Neurosci.2017)。

発生初期の神経細胞ではγアミノ酪酸(GABA)は興奮性に働き、細胞内Mgイオン濃度の上昇とそれに伴うmTOR活性の上昇を介して、神経細胞の成熟に関わることをイメージングで明らかにしました(Yamanaka et al. Cur. Biol. 2018)。

蛍光イメージング:細胞内でエネルギー代謝を担っている、ミトコンドリア膜電位、アデノシン三リン酸(ATP)、そしてMgイオン濃度を同時可視化することこに成功しました(Murata et al. Anal. Chem. 2020)。

皮膚の主要な細胞であるケラチノサイトに関して、過酸化水素で刺激を加えた時の細胞内Mgイオンの動態とMgイオンによるケラチノサイトの保護効果について示しました(Fujita et al. Comm. Biol. in press)。

無線色の脳標本にハイパースペクトルイメージングを適用することにより、これまで熟練した技術と長時間の処理が必要であった脳地図作りを簡便に行う手法を開発し、誰でも使うことができるパイプラインとして提供することができました(Inda et al.iScience in press)。

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