Publications

Development of CoMBI devices and methods

• CoMBI法：低価格に同一標本で2D＆3Dイメージング CoMBI is a low-cost and multi-purpose 2D and ３D imaging method (Japanese) Tajika Y, 実験医学5月号 Experimental Medicine (2024)

  CoMBI is described in Experimental Medicine, which is the well-known monthly scientific magazine in Japan. The article includes how to develop CoMBI system, procedure of imaging, image processing, and a list of publications from CoMBI users.

  クローズアップ実験法シリーズに掲載されました。CoMBI装置の構築、撮影方法、画像処理の手順までを記載。これまでのご利用文献のリストもあります。

• Correlative microscopy and block-face imaging (CoMBI): a 3D imaging method with wide applicability in the field of biological science Tajika Y et al, Anat Sci Int (2023)

  A review about CoMBI. Its development and applications. Anat Sci Int is an official journal of Japanese Society of Anatomists.

  総説です。これまでの、これからのCoMBI装置について。CoMBI法のデータ例として、3D形態解析、分子の3D分布解析、2D切片画像との相関を紹介しています。日本解剖学会の英文誌です。

• Correlative microscopy and block-face imaging (CoMBI) method for both paraffin-embedded and frozen specimens. Ishii N, Tajika Y et al, Scientific Reports (2021) 11:13108

  The second version of CoMBI, which is compatible for both paraffin-embedded and frozen blocks. It provide 3D data with higher-quality, and more cost-effective than primary version.

  CoMBI装置第二弾。パラフィンブロックも、凍結ブロックも。さらに低コストで、3D画質も良くなりました。試料をタンニン酸で着色するとブロック面像のコントラストが向上し、内部構造物が認識しやすくなります。パラフィンやOCTを不透明化すると、表面構造物が明瞭になります。

• A novel imaging method for correlating 2D light microscopic data and 3D volume data based on block-face imaging. Tajika Y et al, Scientific Reports (2017) 7:3645

  We developed the CoMBI method and devices. CoMBI can obtain both 3D data and section data from frozen blocks, and in low-cost 3D imaging device.

  CoMBI装置を開発した。凍結ブロックから、3Dデータと切片データの両方を得る技術。安価な3Dイメージング装置。

Collaboration

• Development of a heat-stable alkaline phosphatase reporter system for cis-regulatory analysis and its application to 3D digital imaging of Xenopus embryonic tissues. Sakagami K, Igawa T, Saikawa K, Sakaguchi Y, Hossain N, Kato C, Kinemori K, Suzuki N, Suzuki M, Kawaguchi A, Ochi H, Tajika Y, Ogino H.Dev Growth Differ. (2024)

  A new reporter system for visualizing enhancer/promoter activities in Xenopus. Alkaline phosphatase derived from the reporter are detected by CoMBI for 3D morphological analysis.

  アフリカツメガエル用のレポーターシステム。既存のシステムと比較して、安定した発現結果を示す。アルフォスで可視化、それをCoMBIで検出して3Dイメージングできます。

• Membrane molecule bouncer regulates sperm binding activity in immature oocytes in the viviparous teleost species Poecilia reticulata (guppy). Yoshida J, Tajika Y, Uchida K, Kuwahara M, Sano K, Suzuki T, Hondo E, Iida A. Development Growth & Differentiation (2024)

  There are two modes of fertilization in fish: external fertilization and internal fertilization. Salmon may be the most typical example of external fertilization, as they spawn then fertilize them. Guppies are internally fertilized and are called viviparous fish. Sperm released by the male pass through the female's cloaca into the ovarian lumen and reach the egg. The embryo develops in the ovary then emerges from the body. The published article clarified the entry pathways for guppy sperm to reach the oocyte in the ovary and found the molecules involved in sperm-oocyte binding. CoMBI was used to determine the location of sperm entry pathways throughout the ovary.

  魚類の受精様式には、体外受精と体内受精の二通りがあります。サケの産卵と受精は体外受精の代表格でしょう。グッピーは体内受精するタイプで、胎生魚と呼ばれます。オスから放出された精子は、メスの総排泄腔から卵巣内腔へ進み、卵子へ到達します。胎仔は卵巣内で発育し、体外へ出てきます。発表論文では、グッピーの精子が卵巣内の卵子に到達するための進入路を明らかにし、精子と卵子の結合に関与する分子を見出しました。CoMBIは卵巣全体における精子進入路の分布を把握するために利用されました。

• Sall1/4 cooperatively interact with Myocd/SRF to promote cardiomyocyte proliferation by regulating CDK/cyclin genes. Katano W, Mori S, Sasaki S, Tajika Y, Tomita K, Takeuchi JK, Koshiba-Takeuchi K. Development (2023)

  During the development of the mammalian heart, four chambers of the atrium and ventricle are formed from a single tube, and blood vessels are connected. Sall1 and Sall4 are transcription factors expressed in the left and right heart systems, respectively, and are essential to develop left and right structures in the heart. The research team identified myocd and SRF as transcription factors directly under the control of Sall1/4 and found that they regulate cardiomyocyte proliferation. Experimental data includes 3D morphology and 3D-ISH data of mouse embryonic hearts. The team used both a serial blockface imaging method with CoMBI and a serial section method to reconstruct 3D images.

  哺乳類心臓の発生過程において、一本の管から心房・心室の４室が形成され、大血管が形成されていきます。Sall1、Sall4はそれぞれ左心系、右心系に発現する転写因子で、心臓の左右構造物を作るために必須の転写因子です。研究チームは、Sall1/4が制御する直下の転写因子として、myocdやSRFを特定し、それらを通じて心筋細胞の増殖を制御していることを見出しました。実験データには、マウス胚心臓の3D形態、3D-ISHデータが含まれます。チームはCoMBIによる連続ブロック面法と、連続切片法を併用し、3D観察を行いました。

• Combined method of whole mount and block-face imaging: Acquisition of 3D data of gene expression pattern from conventional in situ hybridization. Sutrisno AA., Katano W, Kawamura H, Tajika Y, and Koshiba-Takeuchi K. Development Growth & Differentiation (2022)

  In situ hybridization (ISH) is a well-established technique to determine the localization of mRNA in 2D using tissue sections and in 3D using a whole mount specimen. Chromogens are often used for visualizing ISH signals, but it has been difficult to show the 3D distribution of the chromogens. Therefore, we performed CoMBI to detect the chromogenic signals of whole-mount ISH and succeeded in showing 3D distribution of chromogens. Our results suggest that CoMBI is a simple 3D imaging method, which can be widely used for visualizing molecules labeled with chromogens.

  In situハイブリダイゼーション（ISH）は、組織におけるmRNAの局在を示すための手法です。ISHを組織切片で行うと、mRNAの2D局在がわかり、全載標本で行うと3D局在がわかります。ISHのシグナルは、一般的に、青や紫の色素を用いて可視化されたものです。全載標本の場合、3D局在といっても実体顕微鏡で撮影した像を示せることはできても、3Dデータセットを得ることは困難でした。そこで、研究チームは、CoMBIで全載標本ISHを撮影し、色素で可視化されたmRNAの局在を3Dデータセットとして取得することができました。発表論文ではmRNAを対象に3Dイメージングを行いましたが、CoMBIは、mRNAに限らず、色素で可視化された分子の3D分布解析に利用できることを示しています。CoMBIのますますの利用拡大になると期待されます。

• Neural regulation in tooth regeneration of Ambystoma mexicanum. Makanae A, Tajika Y et al Scientific Reports (2020) 10:9323

  Axolotl is known to have a high capacity for tissue regeneration. After injury to the mandible, it can regenerates the entire mandible, including the teeth. Among this regeneration process, we showed that the formation of teeth (tooth buds) is nerve-dependent. In addition, we found that the regeneration of teeth can be progressed by the action of nerve-derived factors (Fgf-2, Fgf-8, Bmp-8) even in the denervated condition.

  アホロートル(ウーパールーパー)は、組織再生能力が高いことが知られています。下顎損傷後、歯を含む下顎全体をも再生します。この再生過程のうち、歯(歯芽)の形成が神経依存的であることを示しました。また、神経を除いた状況下でも、神経由来因子(Fgf-2, Fgf-8, Bmp-8)を作用させることで、歯の再生を進行させられることが分かりました。ヒトが加齢と共に歯を失うことを考えると、アホロートルの歯芽までも再生する能力は驚異的です。

• Microanatomy around the facial nerve pathway for microvascular decompression surgery investigated with correlative light microscopy and block-face imaging. Iijima K, Tajika Y et al,World Neurosurgery (2018) 118:e526-e533

  Unilateral facial spasm is a disorder in which the facial muscle groups contract involuntarily. One of the causes is the compression of the facial nerve root by blood vessels, and surgery (decompression surgery) is performed to reduce the pressure. The mechanism of the disease was thought to be that the central-type myelin sheath exists in a part of the facial nerve root, and is susceptible to compression by blood vessels. However, the three-dimensional extent of the central myelin sheath was unknown. The research team used the CoMBI device to perform 3D imaging of the facial nerve root to reveal the 3D distribution of myelin sheath in the facial nerve root. The results will provide basic microanatomical data and contribute safer surgery.

  片側性顔面けいれんは、顔面の筋群が不随意に収縮する疾患です。顔面神経根が血管に圧迫されることが原因のひとつで、その圧迫を軽減する手術(減圧術)が行われます。発症機序として、顔面神経根の一部領域に中枢性髄鞘が存在し、血管による圧迫の影響を受けやすいことが考えられていましたが、中枢性髄鞘の立体的な広がりは不明でした。研究チームは、CoMBI装置をもちいて、顔面神経根の3Dイメージングを行い、顔面神経根における中枢性髄鞘の立体配置を明らかにしました。より安全な手術のための基礎的、微小解剖学的データになると期待しています。

• Loss of VAMP5 in mice results in duplication of the ureter and insufficient expansion of the lung. Ikezawa M, Tajika Y, et al. Developmental Dynamics (2018) 247(5):754-762

  This is the knockout mouse that led to the development of the CoMBI device. When VAMP5 (a protein involved in intracellular vesicle trafficking) was knocked out in mice, it exhibited cystic kidney disease. In the analysis of cystic kidney, it is standard to identify the size, number, and tissue of origin of the cysts. Initially, we thought of making sections for analysis, but the sections would not show the cysts in the whole kidney. In addition, the birth rate was low, so we could not increase the number of sample. Therefore, we developed the CoMBI method in order to see the whole kidney in 3D, and to identify the tissue of origin of the cysts by immunostaining the sections.

  CoMBI装置を開発するきっかけとなったノックアウトマウスです。VAMP5(細胞内の小胞輸送に関わるタンパク質)をノックアウトしたところ、嚢胞腎を呈しました。嚢胞腎の解析では、嚢胞の大きさ、数、由来組織を特定するのが定番です。当初、切片をつくって解析しよ うと考えましたが、切片では腎臓全体での嚢胞の様子が分かりません。しかも出生率が低いので、個体数(標本数)を増やせませんでした。そこで「ひとつの標本から、3Dデータで全体像を観て、かつ、切片を染色して嚢胞の由来組織を特定したい」と考え、CoMBI法を開発しました。

• Complex furrows in a 2D epithelial sheet code the 3D structure of a beetle horn.Matsuda K, Gotoh H, Tajika Y et al. Scientific Reports (2017) 7:13939

  A folding umbrella is folded into a small piece, and when opened, it becomes a large three-dimensional structure. The same thing is happening in the process of horn formation in beetles. Beetle larvae store small folded horns in their heads, and when they molt into pupae, they unfold them all at once to form horns. The report shows this unfolding process experimentally and simulates on the computer. The research team first created 3D data of the folded horns in their natural position using the CoMBI device. Furthermore, they successed computer simulation that the 3D data of the folded horn can be expanded into a pupal horn.

  折りたたみ傘は、小さく折り畳んであり、開くと大きな立体的構造物となります。同じようなことが、カブトムシが角を形成する過程で起こっています。 「カブトムシ幼虫は、頭部に小さく折り畳まれた角を格納しており、蛹になる脱皮の時、それを一気に展開することで、角を形成する」。このことを実験的に示した論文です。研究チームは、まず、折り畳まれた角を自然位で3Dデータ にしました(ここでCoMBI装置を利用)。さらに、折り畳まれた角の3Dデータから、蛹の角へと 展開できることを、コンピュータシュミレーションによって示しました。

Cited by

• Adhesion and shrinkage transform the rounded pupal horn into an angular adult horn in Japanese rhinoceros beetle. Matsuda K, Adachi H, Gotoh H, Inoue Y, Kondo S. Development. 2024 Oct 15;151(20):dev202082. https://doi.org/10.1242/dev.202082

  カブトムシの続報、蛹の角原基のCoMBI3Dデータを一部で利用しています。これまでの研究対象は、幼虫から蛹へ変態するときの角の形状変化で、今回は蛹から成虫への変態時の角原基です。シュッとした角が完成する過程をコンピュータシミュレーションで解析しました。

• Appendage-restricted gene induction using a heated agarose gel for studying regeneration in metamorphosed Xenopus laevis and Pleurodeles waltl. Matsubara H, Kawasumi-Kita A, Nara S, Yokoyama H, Hayashi T, Takeuchi T, Yokoyama H. Dev. Growth Diff. 2023 Jan, https://doi.org/10.1111/dgd.12841

  アフリカツメガエルやイベリアトゲイモリにおける遺伝子誘導法を開発した報告です。遺伝子発現の確認のため、実体顕微鏡観察、切片の蛍光顕微鏡観察、CoMBIによる3D解析を行いました。

• Regenerative polarity of the fin ray in zebrafish caudal fin and related tissue formation on the cut surface. Nakajima W, Nakanishi S, Hosoya R, Uemoto T, Ohgo S, Wada N. J Dev Biol. 2021 Nov 19;9(4):50. doi: 10.3390/jdb9040050.

  ゼブラフィッシュにおける尾の再生過程について、遺伝子発現、軟骨・硬骨染色による形態解析、およびCoMBIによる3D形態解析を行いました。

• Computational analyses decipher the primordial folding coding the 3D structure of the beetle horn. Matsuda K, Gotoh H, Adachi H, Inoue Y, Kondo S. Sci Rep. 2021 Jan 13;11(1):1017. doi: 10.1038/s41598-020-79757-2.

  カブトムシの続報、CoMBIの3Dデータを利用しています。

• Axolotl liver regeneration is accomplished via compensatory congestion mechanisms regulated by ERK signaling after partial hepatectomy. Ohashi A, Saito N, Kashimoto R, Furukawa S, Yamamoto S, Satoh A. Dev Dyn. 2020 Oct 16. doi: 10.1002/dvdy.262

  アホロートルの続報、CoMBI装置を利用して、肝臓の3Dイメージを行っています。

• In Vivo Tracking of Tissue Engineered Constructs. Gil CJ, Tomov ML, Theus AS, Cetnar A, Mahmoudi M, Serpooshan V. Micromachines (Basel). 2019 Jul 16;10(7):474. doi: 10.3390/mi10070474.

• An enhanced staining method K-B-2R staining for three-dimensional nerve reconstruction. Luo P, Dong J, Qi J, Zhang Y, Liu X, Zhong Y, Xian CJ, Wang L. BMC Neurosci. 2019 Jul 8;20(1):32. doi: 10.1186/s12868-019-0515-7.

• On the Usage of Brain Atlases in Neuroimaging Research. Hess A, Hinz R, Keliris GA, Boehm-Sturm P. Mol Imaging Biol. 2018 Oct;20(5):742-749. doi: 10.1007/s11307-018-1259-y.

• Anisotropy of cell division and epithelial sheet bending via apical constriction shape the complex folding pattern of beetle horn primordia. Adachi H, Matsuda K, Niimi T, Inoue Y, Kondo S, Gotoh H. Mech Dev. 2018;152:32-37, DOI: 10.1016/j.mod.2018.06.003

  カブトムシの続報、CoMBIの3Dデータを利用しています。