Developments of measuring nanomechanical dynamics of a fragile cell surface by scanning ion conductance microscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01821
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Shinji Watanabe 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (70455864)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 細胞計測 / 走査型プローブ顕微鏡 / 走査型イオン伝導顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a technique for simultaneously measuring the topography and elasticity of cell surfaces with high spatiotemporal resolution using Scanning Ion Conductance Microscopy (SICM). We applied this technique to eight types of cancer cells with systematically varying malignancies. Our findings indicate that SICM data, such as surface roughness, motility, and elasticity, can effectively classify these eight types of cancer cells. Furthermore, we established a system for long-term SICM measurement of 3D-cultured organoids, successfully tracking the temporal changes in shape and elasticity of individual cells within the organoids.

Free Research Field

ナノサイエンス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

既存技術では計測困難である生きた細胞表層のナノ形状や力学動態を長時間にわたって低侵襲かつ高時空間分解能で可視化する技術をSICMを用いて開発した。2次元培養した単一細胞に対する計測だけでなく3次元培養したオルガノイドといった背の高い組織様の多細胞もSICMにより長時間計測可能な測定系を構築した。SICMで計測した細胞表層ナノ形状・ナノ力学動態といった細胞表層情報より、細胞の生理状態を分類する手段の可能性を見出した。走査型プローブ顕微鏡では、通常アクセスが困難な生きた細胞の基底面のナノ構造・力学動態を可視化することも成功した。