2019 Fiscal Year Research-status Report
高速歪み計測による超音波メカノトランスダクション機構の解明
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19K20662
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石島 歩 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (80822676)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波 / メカノバイオロジー / ニューロモデュレーション / 高速イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メカノバイオロジー分野では，in vitroで細胞を引張るなどの単純作用で得られた知見に基づき，生体応答や制御機構がどのように働くかを解明し，多くの成果を生み出した．生体内部に非侵襲的に機械刺激を作用させることを考えると，超音波はコスト等の観点で有力である．また，近年では超音波ニューロモデュレーション等において有効性が示されつつある．一方で，超音波によって，メカノトランスダクションが何故引き起こされるのかは明らかでない．そこで，本研究では，その発生機構の解明を目指すために，超音波により細胞へ与えられる力を定量計測する技術を開発し，目標とする生命現象を惹起する適切な印加物理量を明らかにすることを研究目的とした．
具体的な研究目標として，高度な光イメージング技術と生化学的解析手法を駆使し，(A) 細胞を伝播するせん断波の高速計測システム構築，(B) 低強度超音波の細胞機能に対する影響解明，(C) 低強度超音波の細胞機能制御，を掲げた．
本年度は，細胞に生じた構造的な変化と細胞機能変化の関係性を探究するために，シングルショットでのナノメートル変位計測を実現するイメージング系と細胞内カルシウムイオンの蛍光イメージング系を構築した．イメージングシステムの評価には，超音波振動子ではなく，自由度の高いレーザにより音波を発生させ，計測系の評価を行った．しかし，イメージングシステムの評価として，定量的な評価が十分とは言えず，今後詰めていく予定である．また，実験系に超音波振動子が未だ導入されていないため，早い段階でその導入を進めていきたい．
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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
当初の予定通り，ナノメートル変位計測を実現するイメージング系と細胞内カルシウムイオンの蛍光イメージング系が構築できた．しかしイメージングシステムの評価として，定量的な評価が十分とは言えず，今後詰めていく予定である．また，実験系に超音波振動子が未だ導入されていないため，早い段階でその導入を進めていきたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，開発したシステムにより細胞への刺激及びその解析を行ってゆく．計測系に超音波振動子を導入し，超音波照射によって生じた物理的変化量と細胞機能の関係性を探求する．細胞の足場にゲルを用いることで生体内環境の硬さを模擬すると共に，音響インピーダンスミスマッチに起因した音波の反射を抑える．
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