顕微鏡のなかのミクロな世界を3Dプリンタで出力する！
Reached the funding target!
これまでご支援・ご宣伝いただいた皆さん、誠にありがとうございました。お陰様で無事にプロジェクトが実現できそうです。残り期間で100万円に到達した場合には、2018年中に庄内で『第一回バイオプリンティングシンポジウム』を開催し、その運営資金に使わせていただきます。このワークショップでは、「バイオアート」「バイオミメティクス」「機械工学」に関連する研究者が集い、中高生と交流しながら進めていくものになる予定です。最後まで、応援よろしくお願いします！
Comment from academist staff
ディープラーニングを駆使して3Dデータを作る
Ryosuke Shibato
3Dデータをそのまま出力する！
顕微鏡は、微生物のように人間の目に見えないものを観察できるようにした技術として、広く知られています。目に見える生き物の場合でも、その細かい構造の解明を可能にしてきました。近年では、技術が発展したことによって、そのまま3Dデータを撮れる顕微鏡も出てきています。しかし、最終的にはPCや紙などに表示することになるため、その情報を他者に伝えるためには、2Dの情報に転換するしかない現状です。
顕微鏡データを3Dプリンターで出すことができれば、それを手で触りながらいろいろな角度から観察することができるようになります。それだけではなく、3Dバイオプリンターで内臓のデータも出せるようになるため、未来の再生医療にも役に立つことが期待できるのです。 そこで私は、さまざまな顕微鏡データを3Dプリンターで出せるようにしたいと思い、2014年の夏に開発をはじめました。
18世紀の技術「ミクロトーム」とは
これまでに私は、共焦点レーザー蛍光顕微鏡、電子顕微鏡、ミクロCTという3種類の異なる顕微鏡データを3Dプリンターで出すことに成功しました。2015年には東京大学の駒場博物館で展示を行い、2016年には雑誌「生物の科学 - 遺伝」に記事が2回掲載されました。 これだけで満足するのではなく、どんどん面白いことをしていこう！と考えました。
研究を進めていくなかで、上記のような顕微鏡を使わなくても、ごく普通の光学顕微鏡でも3Dデータを取ることが可能であることに気付きました。しかも、それはなんと18世紀からずっと知られていた技術でした！ミクロトームと呼ばれるその技術では、細かいナイフで標本を切り、数ミクロンの薄い切片を得ることができます。それらの切片を顕微鏡で観察すると、標本の中身の構造を知ることができるため、現在でも、基礎研究や病院でのがん診断などに広く使われています。
古いデータをリサイクルし、立体化を目指す
しかし、未だに手作業の部分が多いことから、ミクロトームから得られたデータのほとんどは、人間の手振れによってそれぞれの切片が数度回転してしまったり、多少形が変化したりしています。また、1 cmの標本から10 µmの切片を作る場合、なんと1,000個もの切片が得られます。切片を作るのも、顕微鏡で全て観察するのも、非常に手間がかかることがお分かりいただけるのではないでしょうか。
そこで私たちは、ミクロトームの切片のデータから自動的に3Dモデルを計算し、他の顕微鏡データと同様に3Dプリンターで簡単に出すことを目的とした研究を進めています。
Why we need your support
ミクロトームの切片から3Dモデルを計算するためには、ディープラーニング（深層学習）を使って、人間の手作業で発生した切片ごとの回転度や変換を自動で直せるようにしなければなりません。そのためには、まずは 「正解」がわかるようなデータで、コンピューターに学習させる必要があります。そのため現在、回転度などが事前にわかっているトレーニングデータを作成しているのですが、手元にあるデータで検討した結果、以下の二つの改善が必要であることがわかりました。
1）処理能力の向上
普通の計算はPCに元々内蔵されているCPUで処理できますが、機械学習の計算にはCPUの処理能力では不足してしまいます。そこで、Nvidia社が販売している最新版のグラフィックスカードにより処理能力を高めることで、この問題を解決します。本カードは日本では販売されていないため、海外から購入する際の費用（約18万円／台）がかかります。
2）標本の収集
機械学習を行うためには、なるべくたくさんのデータを集めなければなりません。ロータリー式ミクトロームを購入できれば、一番効率良く標本の作成ができるのですが、装置の価格が150〜200万円と高額です。今回は価格を抑えるために、ミクロトームで標本を切るサービスを提供する会社に、標本の作成を外注する予定です。なお、不要なロータリー式ミクトロームがありましたら、中古で寄付してくださると大変助かります。
この研究が実現できれば、世界中の博物館に保存されている古いミクロトームのデータをリサイクルして、立体化したものをユニバーサルデザインの展示という形で応用することができます。またそれだけではなく、さまざまな場所に眠るデータを活用することで、科学の基礎研究に使いまわしていくことも期待できます。ご支援のほど、どうぞよろしくお願いいたします。
Profile
ガリポン ジョゼフィーヌ
Project timeline
| Date | Plans |
|---|---|
| 2017年04月 | クラウドファンディング挑戦 |
| 2017年07月 | 実験開始 |
| 2017年09月 | データ解析 |
| 2017年12月 | 論文執筆（〜2018年3月） |
Pledge Rewards
研究の進捗をまとめたレポートをメールでお届けします！本プロジェクトで得られた最新の研究成果について、わかりやすい形でご紹介いたします。
研究報告レポート（電子版）
35 supporters are supporting with this reward. （No quantity limit）
私が研究の過程で撮影したオリジナル画像をA3版のポスターにしてお送りします。研究の様子がよくわかる3枚をセレクトしました！
オリジナルポスター3枚 / 研究報告レポート（電子版）
15 supporters are supporting with this reward. （No quantity limit）
サイエンスカフェにご招待いたします。日程は、 ・2017年7月30日（日）13時＠鶴岡 ・2017年8月06日（日）13時＠東京都内 の全2回で開催する予定です。詳細の場所はメールにてご連絡いたします。鶴岡で開催するサイエンスカフェでは、特別にラボツアーも開催する予定ですので、この機会にぜひお越しください！
サイエンスカフェ参加券 / オリジナルポスター3枚 / 研究報告レポート（電子版）
30 supporters are supporting with this reward. （Limited to 30）
3Dプリンタで製作したマウスの心筋オリジナル模型をプレゼントします。バイオプリンターで実際の臓器をプリントできるようになれば、医療は一気に進展するはずです。 ※マウス心筋の生データは東京大学大学院医学系研究科の上田泰己博士にご提供いただきました。
マウスの心筋オリジナル模型 / サイエンスカフェ参加券 / オリジナルポスター3枚 / 研究報告レポート（電子版）
4 supporters are supporting with this reward. （Limited to 10）
3Dプリンタで製作したクマムシのオリジナル模型をプレゼントします。製作には36時間プリンタを稼働する必要があるので、今回は限定5個といたします。ここでしか手に入らないレアアイテムですので、この機会にぜひご購入ください！（色もさまざまありますので後日お伺いします。） ※クマムシの生データは兵庫県立大学大学院物質理学研究科の八田公平博士にご提供いただきました。
クマムシオリジナル模型 / サイエンスカフェ参加券 / オリジナルポスター3枚 / 研究報告レポート（電子版）
3 supporters are supporting with this reward. （Limited to 5）
クマムシオリジナル模型を光る素材「発光ABS」を用いて製作します。2名様限定のリターンです。暗闇で光るクマムシをぜひご堪能ください。（画像は光る様子を示したサンプルです。実際には、クマムシオリジナル模型と全く同様の形のものを作ります。）
ひかるクマムシオリジナル模型 / サイエンスカフェ参加券 / オリジナルポスター3枚 / 研究報告レポート（電子版）
1 supporters are supporting with this reward. （Limited to 2）
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研究報告レポート（電子版）
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オリジナルポスター3枚（A3版） and others
15
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サイエンスカフェ参加券 and others
30
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（Limited to 30）
マウスの心筋オリジナル模型 and others
4
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（Limited to 10）
クマムシオリジナル模型 and others
3
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（Limited to 5）
ひかるクマムシオリジナル模型 and others
1
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（Limited to 2）
academist Prize 1st adopted
