2020 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外増強ラマンナノプローブ法の開発と外場励起ガン細胞壊死機構解明への応用
| Project/Area Number |
19H02591
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
谷中 淳 筑波大学, 数理物質系, 客員准教授 (80400638)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | ナノ顕微技術 / 生体計測 / ラマン分光 / ナノプローブ / ガン細胞の特性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
細胞表面をナノレベルで観察可能で、弾性率を測定可能な原子間力顕微鏡と、無染色で細胞内分子の同定や化学変化を追跡できる近赤外励起ラマン分光を組み合わせた複合型顕微鏡を開発し、局所弾性率と探針増強ラマン分光による局所化学変化を同時に測定することで、一連のガン細胞の壊死プロセスを解明することを目的とし、原子間力顕微鏡を用いたガン細胞の弾性率測定と近赤外励起ラマン分光装置の開発を行った。
ガン細胞の弾性率測定では、新しい光増感剤を用い、光線力学療法を行う前後でのガン細胞の弾性率変化を測定し、既存の光増感剤との比較を行った。ガン細胞が壊死直前までの弾性率変化と細胞内の活性酸素量を比較することで、新しい光増感剤を用いた場合の細胞内で進行している反応機構の推測と既存の光増感剤に対する優位性を示すことができた。これらの結果は現在論文投稿に向け準備中である。
近赤外励起ラマン分光装置の開発では、開発したシングルビームラマン分光装置にスーパーコンティウムレーザーを導入し、広帯域な近赤外ラマン分光装置へと発展させ、これまでより広帯域のラマンスペクトルを取得することが可能になった。このラマン分光装置を用いて、硫黄の低波数ラマンスペクトルが取得でき、温度による硫黄の結晶性の違いをラマンスペクトルから観察することができた。この成果は現在論文投稿に向け準備中である。
生体分子であるグルタチオンのラマンスペクトルを測定し、還元型グルタチオンと酸化型グルタチオンのラマンスペクトルを低波数域から広帯域まで取得することができた。また、化学合成した金ナノ粒子によるラマン信号の増強効果を利用して、金ナノ粒子を導入したガン細胞と正常細胞のラマンスペクトルを取得した。ガン細胞と正常細胞に特有のラマンスペクトルを取得することができ、新しく低波数域におけるガン細胞と正常細胞の差異を比較することが可能になった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度に計画していた開発したラマン分光装置をスーパーコンティウム光源に改良し、広帯域な近赤外ラマン分光装置へと発展させ、硫黄などラマンスペクトルが取得できた。生体分子であるグルタチオンのラマンスペクトルの取得および金ナノ粒子を導入したガン細胞と正常細胞についてラマンスペクトルの比較ができた。昨年度問題となっていた細胞のラマンマッピングについて、スーパーコンティウム光源と高性能な光学フィルターの導入により対応できた。
2020年度に計画していたマイクロガラスピペットによる探針増強効果について、マイクロガラスピペットの位置決め精度に課題が生じたため顕微鏡ステージの改良と増強用の光学設計を行った。これまでより位置決め精度が格段に向上したので引き続き改良を行いつつ、マイクロガラスピペットを用いた細胞内外の探針増強ラマン分光を進めている。
細胞内に導入可能な金粒子を用い、ラマンスペクトルが取得できることがわかった。これにより、探針増強による細胞内分子のラマンスペクトルの取得可能性とその強度について知見が得られ、2021年度に計画していた探針増強による細胞内外のラマンスペクトルの取得と生体分子の同定の準備が整った。以上から、おおむね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に計画通り開発したラマン分光装置にスーパーコンティウムレーザーを導入し、広帯域な近赤外ラマン分光装置へと発展させ、これまでより広帯域のラマンスペクトルを取得することが可能になった。今後は開発したラマン分光装置をさらに改良し、高分解能化を進め、引き続きグルタチオンなどの単離された生体分子のラマンスペクトルの取得を行う。同時に、ガン細胞内に導入可能な金粒子を用い、増強効果による細胞内分子のラマンスペクトルの測定を試みる。
マイクロガラスピペットによる探針増強効果の観察について、マイクロガラスピペットの位置決め精度に課題を顕微鏡ステージの改良によって解消したので、マイクロガラスピペットを用いた細胞内外の探針増強ラマン分光を進める。それと同時に原子間力顕微鏡による探針増強ラマン分光を行う。
改良した広帯域近赤外ラマン分光装置で得られた生体分子のラマンスペクトルと比較し、探針増強効果の有無から探針作製装置と光学設計の改良を行う。これらが達成された後、実際に培養したガン細胞の観察を行う。
ガン細胞の観察と正常細胞の観察を行い、それぞれの弾性率とラマンスペクトルの違いを観察する。また、幹細胞などの観察を行い、分化前後の幹細胞の状態について考察し、再生医療への応用やガン幹細胞の観察などを試みる。
|
