Cell control technology by terahertz shockwave
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22K18992
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
保科 宏道 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (10419004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (70218642)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | テラヘルツ光 / 衝撃波 / 生体分子 / 細胞 / アクチン / タンパク質 / 操作 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，THz衝撃波による細胞内のタンパク質や，細胞機能の制御技術の創出を目指す．具体的には，非線形THzパルス光学系による実験系を構築し，テーブルトップで24時間以上連続して細胞培養しながらTHz衝撃波照射を行う事を可能にする．構築した装置を用いて，生きた細胞に長時間THz衝撃波を照射し，細胞遊走や細胞分裂など，アクチン骨格が関わる細胞機能の変化を観察する，また，低濃度の抗がん剤の作用増強効果や，アルツハイマー病の原因とされるアミロイドβタンパク質の沈着への影響を解析するなど，医薬応用展開のシーズを探索する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，理化学研究所テラヘルツ光研究グループ（仙台）の保科と，東北大学大学院農学研究科の原田による共同研究で進める．2022年度，保科は主に「(A) THz衝撃波照射装置の構築」を行い，原田は「(B)生細胞へのTHz衝撃波照射」の予備実験を行った．
(A) THz衝撃波照射装置の構築
保科は長時間の細胞照射実験を行うため，レーザーベースのTHz光源と蛍光顕微鏡，細胞培養システムを組み合わせた，テーブルトップ型THz衝撃波照射装置を構築した．再生増幅器の出力光を空気中で集光し，生成したプラズマから3次の非線形光学過程で発生したパルスTHz光（1mJ/cm2）を培地に照射する．発生した衝撃波は培地中を伝搬し，培地中のカバーガラス上に培養された生細胞に照射される．細胞は蛍光顕微鏡によって観測され，細胞内外のタンパク質構造，細胞の形態や運動状態の変化が得られる．２０２２年度は照射装置の構築を行った．
(B) 生細胞へのTHz衝撃波照射
原田らは上記装置を用いた実験の予備実験を行った．医療応用につながる細胞機能制御を探索するため，遺伝子損傷修復へのＴＨｚ光影響評価の予備実験を行った．実験では，0.1THzおよび0.28THzのテラヘルツの連続光をがん細胞に照射し，ＤＮＡダメージマーカーγH2AXの発現量を観測した．その結果，ＤＮＡ損傷修復過程に0.28THzの電磁波を照射すると，損傷修復が誘起される事を発見した．今後，パルステラヘルツ光を照射したときの結果との比較を行う．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度はテーブルトップ型THz衝撃波照射装置と，培養細胞への照射予備実験が完了した．おおむね計画通り順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２３年度は前年度構築したTHz衝撃波照射装置を用いて精細胞へのTHｚ衝撃波照射実験を実施する予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
