電子顕微鏡による生きたナノ微細構造の解析～昆虫の多様な機能をサブセルラー化する～

• Project Area: Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity
• Project/Area Number: 15H01598
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 高久 康春 浜松医科大学, 医学部, 特任助教 (60378700)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2016: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 電界放出形走査電子顕微鏡 / 高真空 / 含水状態 / NanoSuit / 電子顕微鏡 / 生きたまま

Outline of Annual Research Achievements

我々は、昆虫が潜在的に備えているバリアー能を模倣・利用するという新しい視点から革新的電子顕微鏡技術（NanoSuit法）の開発に取り組んできた。既にこの方法を五界説で示される原核生物、原生生物、菌類、植物、動物に適用し、従来のものとは全く異なる画像を得ている。本研究ではこの技術を展開し、アリ・クモ・セミ・ハムシ・雪虫などの、頭部、脚先、感覚器等に注視し、多様な昆虫の表面の網羅的データ化を行ない、これまでに報告されていなかった表面構造を明らかにした。これらの成果は今後、論文および書籍として発表する。さらにNanoSuit法に、エネルギー分散型X線分析（EDS）による元素分析法を組み合わせて、これまで誰も成し得なかった生体の超微細構造を壊すことなく、生きたまま・濡れたままの状態で元素分析することにも成功した。また我々は、切除したばかりの昆虫の組織をFE-SEM内で含水状態のまま観察する為に、昆虫の体表面物質を規範とし、グリセリンなどを主成分とするSurface Shield Enhancer（SSE）の開発に成功した（国際出願番号PCT/ JP2015/052404）。切り出した組織を、何も処理することなくそのまま高真空に曝すと重量は60%ほど減少する。これに対し、新規SSE溶液で処理しNanoSuitを形成させると、減少率は10%未満となり高いバリア能を発揮することが示唆された（Takaku et al, 2017他）。このように、多様な生物試料を含水状態のままFE-SEMで観察・解析することに成功したが、本研究ではさらに、人工物のゲルをNanoSuit法で保護する技術開発を行なった。水の凝集力を高める生物の仕組みを規範とし、NanoSuit形成用の新規溶液を作成し、人工物のゲルの濡れたままの観察を可能とした（論文作成中）。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A modified ‘NanoSuit’ preserves wet samples in high vacuum: direct observations on cells and tissues in field-emission scanning electron microscopy. (2017)
  • Author(s): Takaku Y, Suzuki H, Kawasaki H, Ohta I, Ishii D, Hirakawa S, Tsutsui T, Matsumoto H, Takehara S, Nakane C, Sakaida K, Suzuki C, Muranaka Y, Kikuchi H, Konno H, Shimomura M, Hariyama T
  • Journal Title: R Soc Open Sci Volume: なし Issue: 3 Pages: 160887-160887
  • DOI: 10.1098/rsos.160887
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 生きた生物試料のSEM観察を可能にする表面処理：ナノスーツ法 (2017)
  • Author(s): 高久 康春, 針山 孝彦
  • Journal Title: 表面技術 Volume: 68(4) Pages: 178-180
  • NAID: 130006602026
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biomimetic Biofilm としてのNanoSuit：生態観察の革新的手法 (2016)
  • Author(s): 高久 康春, 鈴木 浩司, 針山 孝彦, 石井 大佑, 森 直樹, 平井 悠司, 下村 政嗣
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 37(5) Pages: 202-206
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A ‘NanoSuit’ surface shield successfully protects organisms in high vacuum: observations on living organisms in an FE-SEM (2015)
  • Author(s): Y. Takaku, H. Suzuki, I. Ohta, T. Tsutsui, H. Matsumoto, M. Shimomura, T. Hariyama
  • Journal Title: Proceedings of The Royal Society B Volume: 282巻1802号 Issue: 1802 Pages: 20142857-20142857
  • DOI: 10.1098/rspb.2014.2857
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dressing Living Organisms in the NanoSuit for FE-SEM Observation. (2015)
  • Author(s): Hariyama T, Takaku Y
  • Journal Title: JEOL News Volume: 50(1) Pages: 1-10
  • Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ナノスーツ法による生きたままの生物のSEM内生態観察 (2015)
  • Author(s): 針山 孝彦, 高久 康春, 鈴木 浩司, 石井 大佑, 下村 政嗣
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 36(4) Pages: 201-206
  • NAID: 130005065849
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A modified NanoSuit preserves living cells in FE-SEM. (2017)
  • Author(s): Sakaida K, Takaku Y(共筆頭著者), Kawasaki H, Shimomura M, Hariyama T
  • Organizer: American Society for Neurochemistry 2017
  • Place of Presentation: 米国（リトルロック）
  • Year and Date: 2017-03-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ナノスーツ・真空下で命を守る宇宙服-生きたままの生体の構造と元素を電子顕微鏡分析 (2016)
  • Author(s): 松本 晴子, 高久 康春(共筆頭著者), 下村 政嗣, 針山 孝彦
  • Organizer: 第65回 高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] A modified “NanoSuit” preserves living eukaryotic cells in FE-SEM. (2016)
  • Author(s): Sakaida K, Takaku Y(共筆頭著者), Kawasaki H, Shimomura M, Hariyama T
  • Organizer: 第38回 日本比較生理生化学会 東京大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-02
• [Presentation] NanoSuit法による生きたままの培養細胞観察 (2016)
  • Author(s): 坂井田 佳奈, 高久 康春(共筆頭著者), 河崎 秀陽, 針山 孝彦
  • Organizer: 日本顕微鏡学会・第72回学術講演会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-06-14
• [Presentation] NanoSuit法によるリアルな生物表面観察のバイオミメティクスへの展開 (2016)
  • Author(s): 高久 康春
  • Organizer: 日本化学学会第96春期年会
  • Place of Presentation: 同志社大学、京都
  • Year and Date: 2016-03-26
  • Invited
• [Presentation] The NanoSuit method to observe the living mammalian tissue and cell. (2016)
  • Author(s): Takaku Y, Suzuki C, Hariyama T
  • Organizer: 日本化学学会第96春期年会
  • Place of Presentation: 同志社大学、京都
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] "NanoSuit" preserves hydrous organic samples in high vacuum. (2016)
  • Author(s): Takaku Y
  • Organizer: International Symposium on Nature Inspired Technology (ISNIT 2016)
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2016-01-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] EGFRiによる皮膚障害：ナノスーツ法を応用した新たな評価法 (2015)
  • Author(s): 平川 聡史, 高久 康春, 石井 大佑, 針山 孝彦
  • Organizer: 第53回日本癌治療学会学術集会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館、京都
  • Year and Date: 2015-10-30
• [Presentation] EGFRi-induced skin adverse events assessed by the NanoSuit (2015)
  • Author(s): Hirakawa S, Takaku Y, Ishii D, Hariyama T
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川
  • Year and Date: 2015-10-07
  • Int'l Joint Research
• [Book] トコトンやさしいバイオミメティクスの本「電子顕微鏡のための宇宙服」 (2016)
  • Author(s): 高久 康春
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 日刊工業新聞社
• [Book] トコトンやさしいバイオミメティクスの本「電子顕微鏡のための宇宙服」 (2016)
  • Author(s): 高久 康春（下村政嗣 編著）
  • Total Pages: 160
  • Publisher: 日刊工業新聞社
• [Remarks] 浜松医大、電子顕微鏡で生きた細胞観察
  • URL: http://www.nikkei.com/article/DGXLASGG02H5O_V00C17A3TJM000/