2019 Fiscal Year Annual Research Report
Monitoring physiologically active gaseous molecules in cells and tissues using coherent Raman microscopy
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18H01895
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 輝将 東京農工大学, 学内共同利用施設等, 特任講師 (60783371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川岸 将彦 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (60323606)
三沢 和彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80251396)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コヒーレントラマン / 誘導ラマン散乱 / 麻酔薬 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に本研究の基盤技術である新たな位相変調型の誘導ラマン散乱（PM-SRS）法を開発し、mMオーダの濃度の揮発性小分子をリアルタイムに捉えることが可能になった。今年度はこの顕微鏡をさらに発展させ、ターゲット分子の濃度マップに加え、細胞や組織の形態情報を同じ顕微鏡装置で取得できるよう改良を行った。具体的には、従来の振幅変調型のSRS（AM-SRS）による組織由来の振動コントラスト、および屈折率差に由来する共焦点反射コントラストを導入した。これらの信号から得られる形態情報画像と、特異的な振動ピークのみを反映するPM-SRS画像を重ねて表示することにより、細胞や組織中の分子局在を正確に追跡することが可能となった。
また、今年度は揮発性気体分子の輸送を測定するモデル実験系の開発においても大きな進展があった。透明液体培地に揮発性麻酔薬（セボフルラン）を気化器で導入し、その溶液を封止された光学セルに通し灌流させた状態で生細胞の分子濃度計測を行う系が構築された。この実験系を用いて、気相から液相に溶けた麻酔薬分子が脂肪細胞へ輸送される様子をリアルタイムに測定したところ、細胞内の麻酔薬濃度を誤差±1mMで定量できることが確認された。麻酔薬のラマンピークの信号光出力と脂肪細胞由来の背景光出力の比は1000:1以上となっており、当初の仮説通り、背景光のゆらぎに影響されない定量測定が実証されたと言える。
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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
本研究で開発された顕微鏡の利点である生体由来の背景光の除去性能については、当初の仮説通りに細胞イメージングで実証され、順調に進展しているといえる。揮発性の麻酔薬分子を封止して測定するモデル実験系については、液体培地灌流系の流量制御や、液相側のリアルタイム濃度測定等にまだ課題を残しているものの、閉じた光学セル内で顕微鏡測定が可能になったことは評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、これまで開発した測定系を用いて以下の実証実験を行い、有効性を実証するためのデータ取得と解析にフォーカスする。
・揮発性麻酔薬分子が液体培地から細胞内へ物質移動する様子をリアルタイム計測する
・生理活性気体分子の組織の深さ方向への浸透をモニタする測定系の動作実証を行う
・匂い分子などの揮発性気体分子がタンパク質で代謝される様子をリアルタイム計測する
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