単一細胞温度計測でみられる異常発熱の物理学的解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06019
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 大山 廣太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 特別研究員 (70632131)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 単一細胞 / 温度計測 / 蛍光イメージング

Outline of Annual Research Achievements

近年の細胞温度計測技術の発展により、様々な細胞内局所の温度変化が明らかにされつつある。これらの知見は、「細胞は局所的な熱を発生し、それを有効活用している」という新たな視点を生命科学にもたらしている。しかしながら、この温度上昇は、従来の熱量測定の知見と単純化した熱伝導過程から導かれる理論値より数桁高い「異常な発熱」であることが、世界的な論争となっており、早急な解決が迫られている。そこで本研究は、細胞内局所の熱と温度をつなぐ物理学的基盤の構築を目的に、細胞内における熱伝導・発熱過程を捉え、細胞内局所の温度変化を理論的に推定可能にすることを目指す。

細胞内熱伝導過程は、これまで単純な線形方程式で記述されてきた。しかしながら、多種多様なタンパク質・構造物が高密度に存在する細胞内環境は、希薄な溶液とは異なる熱伝導を示す可能性が高い。したがって、単一細胞内熱伝導を実測することは、細胞内温度変化を予測するのに必須であり、異常発熱の原因解明に直結する。そこで研究初年度では、独自の顕微システム（世界初の細胞内熱伝導イメージングシステム）により、細胞内熱伝導の非線形性を評価し、それが細胞内局所の温度上昇の理論値に与える影響を考察した。
また、細胞サイズの微小空間における発熱量と温度の関係を明らかにするために、脂質２重膜で包まれた細胞サイズのリポソームにおいて、単純な発熱吸熱反応を起こした際の局所的な温度計測を行う実験系を構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画の通り研究を遂行し、本研究の基盤となる実験系が構築できた。

Strategy for Future Research Activity

引き続き研究計画通り研究を推進し、成果の論文・学会発表を目指す。