2018 Fiscal Year Annual Research Report
顕微技術を駆使した計測と制御による細胞構造のしなやかさの高精度解析
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
18H05493
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
細川 陽一郎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20448088)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三村 徹郎 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20174120)
安國 良平 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (40620612)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微 / フェムト秒レーザー / フォースマッピング / 顕微細胞操作 / 液胞制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞構造にもとづく細胞表面の弾性・塑性を評価するためのAFMシステムを立ち上げ、試料の固定用法や計測に適したAFM探針についての検討を進めた。この計測では、AFM 探針が植物細胞表面に押し付けられていき、押し付け量と探針の曲がり量の相関曲線（フォースカーブ）を得ることで、植物細胞の弾性と塑性を調べる。このとき、探針の位置を細胞表面で移動させていき、フォースカーブを得れば、細胞表面の弾性と塑性の空間分布をマッピング（フォースマッピング）することができる。AFMによる植物細胞表面の計測には、通常の計測で用いられる先端が尖った探針は、細胞壁を傷つけるため適しておらず、先端が球状に加工された探針を用いることで、安定したフォースマッピング計測が実現した。今後、超長作動対物レンズを用いた光学システムをAFMと組み合わせ、AFM探針側から細胞表面を細胞レベルで観察できるようにし、フェムト秒レーザーを導入できるようにし、細胞壁に欠陥を形成し、構造欠陥によってもたらされる細胞壁の弾性や塑性の変化を検出できるようにする。細胞壁の力学特性は、自身の力学特性のみでなく、主に液胞が司る細胞内の膨圧に大きく影響される。レーザー照射により、細胞壁自身の構造を変化させると同時に膨圧を緩和させられると考えられ、この方法を確立することにより、植物細胞に内在する細胞壁と膨圧のもたらす力学特性を分離し、検討できるようになると考えられる。
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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
本年度は研究を立ち上げのための、物品調達と人員確保が重要であった。植物細胞を計測するためのAFMの拡張は順調に行え、AFMにより植物細胞の弾性・塑性を評価するためのAFMシステムを構築することができた。人員確保について、当初はAFMと顕微鏡を専門の博士研究員を雇用することを予定していたが、顕微鏡解析装置を強化し、装置の運用に専従できる技術研究員を雇用することにより、より迅速な課題推進を図ることができた。さらに、これまでに植物細胞のAFM計測を推進しているフランスの研究グループを訪問し、技術指導をうけることができ、その計測方法の基礎を固めることができた。一方で本課題では、特注品となる超長作動対物レンズの使用を予定しているが、発注元に想定していた会社が買収され、特注交渉が難航し、１１月に予定していたその納品が３月末となった。その結果、対物レンズの入手後に予定していた顕微鏡とフェムト秒レーザーの改修計画に遅れが生じたが、このシステム開発は次年度の中心課題として想定されており、計画に遅れを生じさせるものではない。次年度は、調達された超長作動対物レンズを組み合わせて顕微鏡解析装置強化し、より迅速な課題推進を図っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロチップ技術などを駆使することにより、シロイヌナズナを中心とする植物試料をAFMにより計測するための固定方法を確立し、AFM探針の最適化し、他の計画班や公募班から提供される植物試料の細胞表面のフォースマッピングを高い基準でおこなえるようにする。さらに超長作動対物レンズを用いた光学システムをAFMと組み合わせ、AFM探針側から細胞表面を細胞レベルで観察できるようにし、フェムト秒レーザーを導入できるようにし、細胞壁に欠陥を形成し、構造欠陥によってもたらされる細胞壁の弾性や塑性の変化を検出できるようにする。細胞壁の力学特性は、自身の力学特性のみでなく、主に液胞が司る細胞内の膨圧に大きく影響される。レーザー照射により、細胞壁自身の構造を変化させると同時に膨圧を緩和させられると考えられ、この方法を確立することにより、植物細胞に内在する細胞壁と膨圧のもたらす力学特性を分離し、検討できるようになると考えられる。加えて、細胞内の膨圧をプレッシャープローにより定量測定し、同時にその条件でのAFMによる弾性評価を行い、AFMによる計測データをもとに、細胞内の膨圧の絶対値を校正できる手法の確立を検討する。
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