大気圧電子顕微鏡 (ASEM)による
組織の水中迅速観察
癌術中診断への応用の可能性

細胞が水中で観察できる大気圧電子顕微鏡ASEMを開発してきた。サンプルホルダーは上部が解放されたdish構造であり、その底のSiN薄膜越しに反射電子を観察する。切り出した組織ブロックを化学固定後にPTAなどで染色し、薄膜上におき水中で観察した。組織表面2-3μmの深さが自然な水環境中で観察できた。マウスの大脳皮質、小脳などの階層構造が詳細に観察され、脊髄・腎臓・消化管・肺・脾臓などを細胞内微小構造まで詳細に観察できた。胃などの消化管では粘膜細胞に様々な共生細菌が接着している様子が観察され、粘膜細胞と細菌の共生機構の研究や免疫ラベルによるアプローチが期待される。さらに、本観察は高分解能なだけでなく、迅速であるため、術中ガン診断への応用が期待できる。乳ガンが転移した肺や脊髄を正常組織と比較観察したところ、ガン細胞は核が大きく明確に識別された(下図)。現状のASEM dishでは薄膜窓の大きさは限られるが、上部に備えた光顕で覗きながら組織を窓上で滑らせ、下からSEMで連続撮影しつなげることでより広い視野が観察できた。組織レベルでの基礎研究や腸・胃内での細菌共生の研究、さらに感染症・ガン術中診断への応用が期待される。


ASEM_tissue

図 ASEMで観察した脊髄(左)と乳ガンが転移した脊髄(右)。右図では、癌細胞(白矢頭)は核が大きいため識別できる。


Abstract from: International Journal Of Oncology (in press)

 

Observation of tissues in open aqueous solution by atmospheric scanning electron microscopy: applicability to intraoperative cancer diagnosis

Nassirhadjy Memtily, Tomoko Okada, Tatsuhiko Ebihara, Mari Sato, Atsushi Kurabayashi, Mutsuo Furihata, Mitsuo Suga, Hidetoshi Nishiyama, Kazuhiro Mio And Chikara Sato

International Journal Of Oncology(in press).
DOI: 10.3892/ijo.2015.2905 (preprint on the web)

Abstract
In the atmospheric scanning electron microscope (ASEM), a 2- to 3-μm layer of the sample resting on a silicon nitride-film window in the base of an open sample dish is imaged, in liquid, at atmospheric pressure, from below by an inverted SEM. Thus, the time-consuming pretreatments generally required for biological samples to withstand the vacuum of a standard electron microscope are avoided. In the present study, various mouse tissues (brain, spinal cord, muscle, heart, lung, liver, kidney, spleen and stomach) were fixed, stained with heavy metals, and visualized in radical scavenger D-glucose solution using the ASEM. While some stains made the nuclei of cells very prominent (platinum-blue, phosphotungstic acid), others also emphasized cell organelles and membranous structures (uranium acetate or the NCMIR method). Notably, symbiotic bacteria were sometimes observed on stomach mucosa. Furthermore, kidney tissue could be stained and successfully imaged in <30 min. Lung and spinal cord tissue from normal mice and mice metastasized with breast cancer cells was also examined. Cancer cells present in lung alveoli and in parts of the spine tissue clearly had larger nuclei than normal cells. The results indicate that the ASEM has the potential to accelerate intraoperative cancer diagnosis, the diagnosis of kidney diseases and pathogen detection. Importantly, in the course of the present study it was possible to increase the observable tissue area by using a new multi-windowed ASEM sample dish and sliding the tissue across its eight windows.

 

 

タンパク質構造決定技術、膜タンパク質精製技術、情報技術、電子顕微鏡技術、神経細胞の培養技術等.