2017 Fiscal Year Annual Research Report
全光学的手法による非接触・非侵襲な生体機能の電場制御技術の開発
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17H06228
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
廣理 英基 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00512469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 怜子 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (80723197)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 高強度テラヘルツ / 細胞制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は酸素濃度感知燐光プローブを用い、腫瘍深部における酸素濃度と動態の関係を解き明かした。腫瘍組織内は低酸素状態であり、腫瘍の悪性度や周囲の環境、刺激の有無などによってその状態は動的に変化すると考えられる。同一組織の表面と内部においても酸素状態は異なり、腫瘍の代謝・発達に関与するとも考えられる。本研究では組織を破壊することなく内部環境を測定するために、二光子励起顕微鏡に燐光寿命測定装置を組み合わせたシステムに酸素プローブBTPDM1を組み合わせることで、ヒト胃ガン由来細胞塊とマウス内腫瘍深部における酸素分圧を測定した。実験の結果、マウスの腫瘍深部の酸素動態と活性酸素分布の関係や、定常状態および低酸素状態で培養した細胞塊の酸素分圧の分布、並びに刺激に対する応答について理解できた。
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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
平成29年度は計画に則り開発と共焦点顕微鏡構築、計測制御プラットフォームの開発を実施した。以下で説明するように、概ね計画通りに開発を進められた。共焦点顕微鏡は紫・青・赤の三色で蛍光タンパクを励起可能とした。そして、蛍光タンパクを導入したHeLa細胞において10フレーム毎秒で単一細胞全体の共焦点蛍光顕微計測が可能であることを確認した。これにより、細胞内でマーカーが発現した場合には、リアルタイムでその発現をin vitroで確認可能な計測システムが立ち上がった。本研究では独自の計測シーケンスを組む必要があるが、外部信号と連動した計測が可能であるシステムを導入したため、テラヘルツ光源等外部システムと連動させた運用が可能であるシステムが構築できた。高強度テラヘルツ発生光学系は電場強度100 mV/nmが発生可能な光学系を構築しテラヘルツを発生させるに至った。さらに、共焦点顕微鏡に固定するサンプルへテラヘルツを導入するための光学系も構築した。当初予定の1000mV/nmの電場強度を持つテラヘルツ光源を完成させるに至ってはいないが、計測システムは立ち上がり、テラヘルツ光学系と融合させるにいたった。また、平成３０年度から開始する細胞への照射実験を円滑に行うための細胞準備の環境整備と消耗品の調達を進め、平成３０年度初頭から計画通りに生細胞への高強度テラヘルツパルスの照射実験を開始する準備を整えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は100mV/nm電場強度のテラヘルツパルスを生細胞へ印加し、分化誘導・動態制御・機能制御を試みる。高強度テラヘルツは発生しており、計測システムが構築されたこと、生細胞の準備プロセスが機能していることから、実験条件を吟味して実施するのみである。当初計画とは順番を換え、第一段階では数時間のテラヘルツ印加でマクロに差異が表れると考えられている「機能制御」を狙う。そして、第二段階で幹細胞を用いた「分化誘導制御」を試みる。これは細胞分裂を繰り返すことで結果が判断できる分化誘導を最初に試みるよりも、細胞周期に左右されない機能の制御を短時間で確認できる方が限られた時間で多くの試行が可能であるとのいう考えに至ったための変更である。
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