走査型電気化学顕微鏡を用いる生体分子の極微細構造構築と局所機能探索

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450311
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 末永 智一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70173797)
• Keywords: 走査型電気化学顕微鏡 / SECM / 細胞 / 細胞イメージング / プロトプラスト / 膜透過 / 呼吸 / 光合成

Research Abstract

本年度は,走査型電気化学顕微鏡を用いた細胞機能の探索に関して検討し以下の結果を得た.
1. 走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて細胞活性をイメージングする手法を開発することを目的とし,動物細胞としてヒト結腸腺ガン細胞(SW-480),植物細胞としてハネモプロトプラストの培養液中でのイメージングに関して検討した.SECMの探針であるマイクロ電極で酸素還元電流を計測したところ,SW-480細胞が存在する場所で酸素還元電流が減少するイメージが得られた.これは細胞が呼吸により酸素を消費しているため,細胞近傍の酸素濃度が低くなっていることに起因している.培養液中に呼吸を阻害するジニトロフェノールやCN^-を添加すると,SECMイメージ中の細胞影が弱くなり,細胞活性が低下していることが示された.また,この現象を解析することによ,生きた細胞でCN^-の膜透過性を評価することができた.一方,プロトプラストでは暗所において.同様のイメージが得られるが,光照射下においては,光合成により酸素発生にためイメージが逆転した.これらの結果から,SECMにより単一細胞レベルで細胞活動のイメージングが可能であることが示された.
2. SECMの探針であるマイクロ電極をハネモプロトプラスト細胞膜に近接させ,酸化還元電流を計測し,その応答を定量的に解析することにより,細胞膜の膜透過性を一個の細胞レベルで決定した.その結果,Fe(CN)_6^<4->,Fe(CN)_6^<3->の膜透過係数は10^<-4>cm/s以下であり,ヒドロキノンは2x10^<-2>cm/sであった.また,シミュレーション法を用いて,膜透過現象を再現,したところ,キノンやヒドロキノンを外都培養液に添加してから,20秒程度で細胞内濃度が外部.濃度とほぼ等しくなることがあきらかとなたった.

Research Products

• [Publications] T.Yasukawa: "Permeation of Redox Species Through a Cell Membrane of a Single,Living Algal Protoplast Studied by Microamperometry" Biochim.Biophys.Acta. 1369. 152-158 (1998)
• [Publications] T.Yasukawa: "Microamperometric Determination of Photosynthetic Oxygen Generation from a Single Protoplast" Denki Kagaku. 66. 660-661 (1998)
• [Publications] T.Yasukawa: "Imaging of Cellular Activity of Single Cells by Scanning Electrochemical Microscopy" Chem.Lett.767-768 (1998)
• [Publications] T.Yasukawa: "Microamperometric Measurements of Photosynthetic Activity in a Single Algal Protoplast" Biophys.J.76. 1129-1135 (1999)