X線と近赤外光を組み合わせたライトシート顕微鏡を開発 -透明化処理を省いて脳深部の血管の可視化に成功-

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2026-10-07 理化学研究所,東京理科大学,藤田医科大学

理化学研究所(理研)・東京理科大学・藤田医科大学の共同研究グループは、X線ライトシート顕微鏡「MAXWELL」に近赤外光(NIR)検出を組み合わせた「NIR-MAXWELL」を開発した。X線で組織内部の蛍光体を励起し、組織内で散乱されにくい近赤外光を検出することで、透明化処理をしていないマウス脳の深部血管を3次元的に可視化することに成功した。可視光検出では連続した血管を確認できた深さが約300µmだったのに対し、近赤外光では約800µmと約2.7倍に拡大した。さらに、近赤外光では発光源の横方向への広がりも小さく、位置をより鮮明に捉えられる可能性が示された。組織透明化に伴う膨張・収縮などの問題を避けながら、脳血管ネットワークなど深部組織の立体構造を解析できる新たなイメージング技術として期待される。

X線と近赤外光を組み合わせたライトシート顕微鏡を開発 -透明化処理を省いて脳深部の血管の可視化に成功-
NIR-MAXWELLの観察原理と脳血管画像

<関連情報>

深部組織イメージングのためのX線ライトシート顕微鏡を用いた生物試料内部からの近赤外蛍光の観察 Observation of near-infrared fluorescence from within biological specimens using X-ray light-sheet microscopy for deep-tissue imaging

Taiga Takahashi, Minori Niiya, Takeshi Shimada, Sakiko Nakamura, Hidekazu Takano, Yoshiki Kohmura, Hideo Yokota & Kohei Soga
Scientific Reports  Published:19 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-026-71758-x  Early provide

Abstract

Light-sheet fluorescence microscopy enables rapid three-dimensional imaging of biological specimens with low phototoxicity and high signal-to-noise ratio, but its imaging depth is limited by optical scattering and absorption in tissue. X-ray light-sheet microscopy, termed Microscopy by Achromatic X-rays With Emission of Laminar Light (MAXWELL), addresses this limitation by using X-rays as a deeply penetrating excitation source. In this study, we extended MAXWELL to near-infrared (NIR) fluorescence detection, taking advantage of the reduced tissue scattering of NIR light compared with visible wavelengths. Screening of Er³⁺/Yb³⁺-codoped rare-earth ceramic phosphors identified Y₂O₃:Yb, Er as the composition producing the highest camera-detected NIR signal. In uncleared mouse brain vasculature, the analysis yielded observable depths of 300 μm for visible detection and 800 μm for NIR detection, corresponding to approximately 2.7-fold greater depth. Phantom measurements showed less lateral signal broadening in the NIR channel than in the visible channel, while the NIR signal attenuated more steeply with depth. Comparison of the phosphor emission and water absorption spectra suggested that this depth dependence reflects a combination of scattering and wavelength-dependent absorption. These proof-of-concept results establish the feasibility of NIR detection in MAXWELL and identify detector response, phosphor brightness, and tissue optical attenuation as joint determinants of deep-tissue performance.

医療・健康
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