Non-contact and non-invasive manipulation of biological functionalities using all-optical method

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H06228
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Hirori Hideki 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00512469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂口 怜子 京都大学, 工学研究科, 助教 (80723197)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 高強度テラヘルツ / 非線形分光 / ライブセルイメージング / 蛍光プローブ / 分化誘導 / 細胞機能制御

Outline of Final Research Achievements

We establish a setup utilized for studying the effects of THz light irradiation on human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). By utilizing a microfabricated micro-well dish for culturing hiPSCs, we are able to continuously irradiate THz light on hiPSCs without their abnormal morphological changes. RNA sequencing for global gene expression analysis reveals that many of THz-regulated genes are transcription factors of zinc finger proteins (ZFNs). These results imply that THz radiation results the intracellular concentration changes of metallic ions, such as Zn2+.

Free Research Field

テラヘルツ非線形分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでにテラヘルツ光パルスが、生細胞の非侵襲的操作の生物医学的応用に利用されています。本研究では、環境に敏感な人工多能性幹細胞（hiPSC）に高強度な電場パルスであるテラヘルツ光パルス励起を適用し、亜鉛フィンガー（ZNF）転写因子に関連する遺伝子発現ネットワークを操作できることを発見しました。 ここで構築したテラヘルツ光パルス照射装置による非侵襲的な細胞操作方法は、基本的な幹細胞研究と生物医学的アプリケーションの両方に向けた、細胞の電磁制御の新しいアプローチになることを示しました。