磁場配向と磁気泳動による生体高分子への磁場効果研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780671
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岩坂 正和 東京大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (90243922)
• Keywords: 磁場効果 / 磁気泳動 / 磁場効果 / 直流磁場 / 酵素反応 / 細胞工学 / タンパク質 / 生体光測定

Research Abstract

本研究では、生体高分子が強磁場下で受ける2種類の力(回転力と並進力)によって、細胞や高分子重合体が磁場配向および磁気泳動現象を示す原理をもとに、細胞挙動およびタンパク質等の生体高分子の機能を磁気的に制御・計測することを目的として研究を推進し、本年度は下記の成果を得た。
1)重力に平行な鉛直方向磁力線と水平方向磁力線を用いることで、重力に垂直な培養皿表面に付着した状態の血管平滑筋細胞の形態に対する磁場効果の観察を行った。垂直磁場(5T)のオン/オフに伴い、細胞の偽足の伸縮が可逆的に観察された。一方、水平磁場(14T)において3日間細胞を培養した場合、紡錘形状の平滑筋細胞の長軸方向が磁力線方向に向く細胞形状変化が観察された。さらに本研究では、細胞付着面に照射した直線偏光の透過光強度の経時変化をリアルタイムで測定することで、鉛直/水平磁場が細胞内成分のダイナミックスも調べた。水平磁場下で磁場印加中の透過偏光強度は増加し、対照的に鉛直磁場下での透過偏光強度は減少したため、細胞内成分(細胞骨格)が磁場印加中に磁場による回転運動を示したことが示唆された。
2)磁気液体クロマトグラフィーの一手法を提案し、アミノ酸あるいは分子量10万程度の高分子の溶液を勾配磁場空間にて水中にパルス的に流した際に、輸送速度の変化および高分子集団の分離が見られることを報告した。
3)酵素反応およびタンパク質機能の磁気制御の基礎的取り組みとして、時間分解測光による生物発光(蛍発光)スペクトルへの磁場影響観測を行った。今回のIn vivo実験において最大14T磁場下で発光抑制効果が見られるとともに、発光スペクトルの微妙なずれも観測された。一方、ヘモグロビンのジチオナイト還元過程へのミリ秒領域における最大14T磁場影響をストップトフロー測定を用いて研究した。

Research Products

• [Publications] M.Iwasaka, S.Ueno: "Manipulation of Cells by Diamagnetic Energy"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14. 391-396 (2002)
• [Publications] M.Iwasaka, S.Ueno, K.Shiokawa: "Cleavage Pattern Modulation of Frog's Egg under Magnetic Fields of 10 Tesla Order"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14. 327-330 (2002)
• [Publications] M.Iwasaka, S.Ueno: "Polarized light transmission of smooth muscle cells during magnetic field exposures"Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] M.Yaoita, M.Iwasaka S.Ueno: "Magneto-sensitive enzyme electrode for hydrogen peroxide sensing"Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] H.Kotani, H.Kawaguchi, T.Shimoaka, M.Iwasaka, et al.: "Strong static magnetic field stimulates bone formation to a definite orientation in vitro and in vivo"Journal of Bone Mineral Research. 17. 1814-1821 (2002)
• [Publications] M.Iwasaka, S.Ueno: "Detection of Intracellular Macromolecule Behavior under Strong Magnetic Fields by Linearly Polarized Light"Bioelectromagnetics. (in press). (2003)
• [Publications] M.Ikehata, M.Iwasaka, J.Miyakoshi, S.Ueno, T.Koana: "Effects of Intense Magnetic Fields on Sedimentation Pattern and Gene Expression Profile in Budding Yeast"Journal of Applied Physics. (in press). (2002)
• [Publications] A.Nakahira, S.Konishi, F.Nishimura, M.Iwasaka, S.Ueno: "Effect of a high magnetic field on the bioactivity of apatite-based biomaterials"Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] M.Iwasaka, K.Yamamoto, J.Ando, S.Ueno: "Verification of magnetic field gradient effects on medium convection and cell adhesion"Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] M.F.Testorf, A.P.Oberg, M.Iwasaka, S.Ueno: "Melanophore aggregation in strong static magnetic fields"Bioelectromagnetics. 23. 444-449 (2002)
• [Publications] 岩坂正和, 上野照剛: "カタラーゼおよびアルブミンの磁気クロマトグラフィーによるfield flow fractionation"電気学会研究会資料マグネティックス研究会. MAG-03-32. 49-56 (2003)
• [Publications] 岩坂正和(分担執筆): "磁気科学(北澤宏一監修、尾関、谷本、山口編)"アイピーシー出版部. 550 (2002)
• [Publications] 上野照剛, 重光司, 岩坂正和, (共同編集・分担執筆): "生体と電磁界"(株)学会出版センター. 350 (2003)