2018 Fiscal Year Annual Research Report
Cell dynamics studied by X-ray laser diffraction
| Project/Area Number |
15H05737
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
西野 吉則 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40392063)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 明大 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (20781850)
木村 隆志 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (50531472) [Withdrawn]
大島 泰郎 東京薬科大学, 生命科学部, 名誉教授 (60167301)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
|
| Keywords | Ｘ線自由電子レーザー / 可視化 / 細胞 / 超精密計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）のフェムト秒オーダーのパルス幅を利用して、異なる状態の細胞を、独自開発したパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法により放射線損傷なくイメージングすることにより、生細胞のナノレベルダイナミクスを観察することを目指している。異なる状態の細胞の調製方法として、同調培養による細胞周期の同期、温度制御、ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスなど複数の手法の研究を進めた。
同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対するPCXSS測定データの解析を進めた。また、Thermus属細菌に対して同調培養を試みたほか、フローサイトメーターを用いた同調率の評価を行った。ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスに関しては、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いて、がんのフォトサーマル治療用に近年開発されたpH応答性金ナノ粒子の凝集・分散過程を観察すべく、ケージドプロトンを用いたポンプ・プローブPCXSS測定を開始した。温度制御に関しては、MAXIC-II用に開発した試料温度制御装置を用いて、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定を進めた。
PCXSS測定では、従来、1マイクロメートルほどに集光したXFELを用いて、サブマイクロメートルサイズの細菌細胞等の試料を測定してきた。更に集光度を高めた100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定を新たに開始した。
試料探索の過程で平成28年度に発見した、Thermus属細菌細胞が培養条件に依って短くなる新規現象に関して、細胞生物学的に興味深い予備的なイメージング結果が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
細胞の状態を同期させる方法として取り組んだ、同調培養、温度制御、ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスのいずれにおいても、おおむね順調に研究が進行した。同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対してデータ解析を進めたほか、同調率の測定を行った。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシス測定に関しては、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いたポンプ・プローブPCXSS測定を開始した。温度制御に関しては、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定を進めた。研究の新たな展開として、100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定を新たに開始した。さらに、新規微生物の探索では、生物学的により意義の大きいThermus属細菌に関する研究を進め、細胞生物学的に興味深い予備的なイメージング結果を得た。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、いくつかのアプローチにより細胞の状態を同期させ、異なる状態の細胞を、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）を用いたパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法でイメージングすることにより、生きた細胞のナノレベルダイナミクス観察を目指す。
同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対するデータ解析を進める。温度制御に関しては、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定およびデータ解析を進める。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスに関しては、pH応答性金ナノ粒子の凝集・分散過程の観察に向けて、MAXIC-IIを用いたポンプ・プローブPCXSS測定を進める。
さらに、MLEAチップやPCXSS測定技術や試料像再構成（位相回復）技術を高度化する研究を進める。特に、100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定に必要な技術開発を進める。細胞試料に関しては、Thermus属細菌細胞の大きさが変化する新規現象について、PCXSS測定によるイメージング研究を継続する。
|
Research Products
(42 results)
-
-
-
[Journal Article] Development of Multilayer Focusing Mirror System for XFEL CDI Experiments of Biological Particles2018
Author(s)
Takahisa Koyama, Hirokatsu Yumoto, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Takashi Kameshima, Yasumasa Joti, Kensuke Tono, Naoya Tani, Tatsuro Tachibana, Yusuke Konishi, Yoshitaka Bessho, Yoshinori Nishino, Makina Yabashi, and Haruhiko Ohashi
-
Journal Title
Microscopy and Microanalysis
Volume: 24 (Suppl 2)
Pages: 294-295
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Imaging thermoresponsive gold nanoparticles in solution by X-ray laser diffraction2018
Author(s)
Akihiro Suzuki, Takashi Kimura, Ryo Iida, Hideyuki Mitomo, Yasumasa Joti, Yoshitaka Bessho, Ken-ichi Niikura, Kuniharu Ijiro, and Yoshinori Nishino
Organizer
International Conference on X-ray optics, detectors, sources, and their applications 2018 (XOPT2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] High-fluence x-ray focusing system for high-resolution coherent diffraction imaging at SACLA2018
Author(s)
Hirokatsu Yumoto, Takahisa Koyama, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Takashi Kameshima, Yasumasa Joti, Kensuke Tono, Naoya Tani, Tatsuro Tachibana, Yusuke Konishi, Yoshitaka Bessho, Yoshinori Nishino, Makina Yabashi, and Haruhiko Ohashi
Organizer
International Conference on X-ray optics, detectors, sources, and their applications 2018 (XOPT2018)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] High-fluence x-ray focusing optics for high-resolution coherent diffractive imaging using X-ray free electron laser2018
Author(s)
Hirokatsu Yumoto, Takahisa Koyama, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Takashi Kameshima, Yasumasa Joti, Kensuke Tono, Naoya Tani, Tatsuro Tachibana, Yusuke Konishi, Yoshitaka Bessho, Yoshinori Nishino, Makina Yabashi, and Haruhiko Ohashi
Organizer
The 13th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2018)
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
[Presentation] Development of Multilayer Focusing Mirror System for XFEL CDI Experiments of Biological Particles2018
Author(s)
Takahisa Koyama, Hirokatsu Yumoto, Takashi Kimura, Akihiro Suzuki, Takashi Kameshima, Yasumasa Joti, Kensuke Tono, Naoya Tani, Tatsuro Tachibana, Yusuke Konishi, Yoshitaka Bessho, Yoshinori Nishino, Makina Yabashi, and Haruhiko Ohashi
Organizer
The 14th International Conference on X-ray Microscopy (XRM2018)
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
