2012 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a nanoprobe for measuring the molecular dynamics in living cells
| Project Area | Molecular Science for Nanomedicine |
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| Project/Area Number |
23107006
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
三宅 淳 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70344174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木原 隆典 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (90436535)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 細胞内計測 / ナノプローブ / 原子間力顕微鏡 / 力学特性 / 分子拡散 / 物理環境 / 細胞骨格 / 流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
疾病を分子反応の統合として理解・応用する技術系の構築には、細胞を反応場とした分子反応の一義的理解と普遍的考察が欠かせない。特に細胞内における分子反応を理解・考察するためには、細胞内での高分子物理環境を明らかにし、その環境下での分子反応を研究することが必要となる。本研究は、細胞内環境下における分子反応の詳細な解析を可能にする極微小探針の創製を行い、それを用いて直接細胞内における分子反応の定量解析を目指す。
1. 細胞内における力学構造体としての細胞骨格の解析。細胞骨格であるアクチン繊維および中間径フィラメントを対象とし、それらに対する抗体を極微小探針表面に修飾し細胞内環境下でこれらを直接検出する技術の開発を行なった。細胞内における細胞骨格の力学構造体としての様子を、力学的に評価することに成功した。また、原子間力顕微鏡を用いて各種細胞内におけるアクチン骨格の様子を力学的に解析した。細胞は球状形であってもその種類や状態により力学特性が異なっており、細胞内のアクチン繊維の構造と制御機構がそれぞれ異なることを明らかとした。
2. 細胞内・細胞周辺環境における分子の拡散動態。細胞内・細胞周辺環境において、低分子～タンパク質程度の大きさの分子の拡散動態の計測を行った。分子の拡散動態を指標とすることで、細胞周辺部や細胞内・核内における物理環境の推察が可能になると考えられる。
3. 流体力学下における細胞動態シミュレーション。細胞自身に作用する物理環境を理解するため、流体力学下における細胞の挙動をコンピュータ・シミュレーションで解析することを試みた。白血球のローリングには血管内皮細胞との間における力学的な解離が重要であり、これを段階的に制御することでローリングから接着へと移行する様子が示された。
4. 新規高分解能イメージング手法の開発。電子線励起によって発光するプローブの開発・作製に着手した。
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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
H24年度は、原子間力顕微鏡を新規に導入し、細胞表層近傍の物理構造体の力学を定量的に計測することが可能となり、それを用いて細胞表層のダイナミックな物理構造体の変化の様子を観察することに成功した。また、昨年度から開始した細胞内の分子拡散動態の研究についても順調の進行している。極微小探針の作製に関しては、細胞内の構造体を力学によって計測することが可能となっている。力学検出は定量性があり、これらと非特異的な反応をどのように分離して定量評価が可能であるかは今後の課題であるが、ほぼ非侵襲的に細胞への固相分子プローブの導入に成功しており、一定の成果を挙げている。このように全体の流れとして順調に研究が進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として、細胞内の分子反応動態解明のためのプラットフォーム構築という大きな目標のために、現在の複数の研究ラインを一定の方向に収束するよう研究を進めていくことを検討している。特に極微小探針の創製についてはある一定の成果が挙げられていることもあり、他の研究に一層のエフォートを注ぐことを検討している。特に、これまで細胞内の力学や拡散といった物理情報を新規に検討できるよう立ち上げてきたことから、これらの研究を一層進めて分子反応へと情報をフィードバックできるようにする。また、これまでは細胞内の分子イメージングについてはほとんど手をつけていなかったが、極微小探針での局所的な解析がより意味を持つよう細胞内の高精度イメージングについても研究を進める。これにより、実際の細胞内における分子反応、拡散、力学、位置といった情報を扱えるようにし、細胞内分子動態解明のためのプラットフォームとして統合できるよう研究を進めていく。
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[Presentation] Evaluation of cytoskeleton state in live cells using an antibody-immobilized nanoneedle2012
Author(s)
Silberberg YR, Mieda S, Amemiya Y, Sato T, Kihara T, Nakamura N, Fukazawa K, Ishihara K, Miyake J, Nakamura C
Organizer
Biosensors2012
Place of Presentation
Cancun, Mexico
Year and Date
2012-05-15 – 2012-05-18
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