単一細胞標的照射で誘発される細胞内酸素動態観察のための蛍光寿命顕微システムの構築

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21588
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 大澤 大輔 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主任研究員 (90324681)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 亜利紗 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 研究員(任常) (30773931) ; 小西 輝昭 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, グループリーダー(定常) (70443067)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロビーム / 蛍光寿命イメージング / 低酸素放射線抵抗性 / イオントラック構造 / ライブセルイメージング

Outline of Annual Research Achievements

粒子線がん治療はブラッグピークの線量集中性を活かし、有効ながん治療法としての地位を確立している。しかしながら、低酸素下にある腫瘍組織の放射線抵抗 性を考慮した治療効果は未だ予測ができていない。酸素効果の本質は、放射線間接作用によるラジカルと細胞内酸素とが産生する有機過酸化物により惹起される 難修復性損傷であり、その解明には、極微の時空間スケールで、放射線による物理化学反応と細胞内生物応答とを同時に観測することが必要になる。 本研究では、陽子線マイクロビーム細胞照射装置 SPICE に蛍光寿命イメージングシステムと低酸素照射チャンバを導入することで、腫瘍組織環境を模擬し、 ビーム照射を起点とするオーダーの細胞内酸素動態の可視化・定量を目的とする。続いて、損傷・修復過程との相関解析により、低酸素による放射線抵抗性のメカニズムを解明し、ひいては、治療効果の予測へと展開するための研究基盤の確立を目指す。
今年度は、低酸素照射チャンバの開発を行った。SPICEを模擬したオフライン蛍光顕微鏡の既設ステージに組み込みできるようSPICE細胞皿の専用アタッチメントを設計し、細胞を密閉容器内に封じ切ることができた。低酸素対応ガス混合システムを導入しCO2ガスの流量を制御した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルスの影響により、蛍光酸素プローブ分子の調達ができていないため、本研究課題の進捗はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、SPICEを模擬したオフライン顕微鏡への蛍光寿命イメージングシステムの組み込み、最適化と性能評価を行う。具体的には、短パルスレーザー光源の設置と調整、続いて、蛍光酸素プローブ分子の選定、さらに、蛍光酸素プローブ分子を溶存させた培養液からの蛍光パルスの時定数計測を目指す。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響により、蛍光酸素プローブ分子の調達ができていないため、次年度使用額が生じた。次年度は文献等を調査し他の蛍光酸素プローブ分子も視野に入れる。