Cell control technology by terahertz shockwave

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K18992
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 保科 宏道 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (10419004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (70218642)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: テラヘルツ光 / 衝撃波 / タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，理化学研究所テラヘルツ光研究グループ（仙台）の保科と，東北大学大学院農学研究科の原田による共同研究で進めた．2023年度，保科は昨年度に引き続き， THz衝撃波照射装置の構築を行い，構築した装置を用いた生細胞へのTHz衝撃波照射実験を試みた．
実験では，レーザーベースのTHz光源と蛍光顕微鏡，細胞培養システムを組み合わせた，テーブルトップ型THz衝撃波照射装置を構築し，再生増幅器の出力光を空気中で集光し，生成したプラズマから3次の非線形光学過程で発生したパルスTHz光を培地に照射する．発生した衝撃波は培地中を伝搬し，培地中のカバーガラス上に培養された生細胞に照射される．細胞は蛍光顕微鏡によって観測された．
今年度は製作した装置を用いてHeLa細胞に対して照射実験を行ない，THz光照射影響の観測を試みたものの，コントロールとの顕著な際は認められなかった．その原因として，以前に実験を行った系ではTHz自由電子レーザーでは高いエネルギーのテラヘルツパルス光を照射したのに対し，レーザーベースのTHz光源の強度が不十分であったことが原因であると考えられる．
以上の実験と並行して，パルステラヘルツ光とテラヘルツ連続光の生体への照射影響の差異を明らかにするため，生細胞に対するテラヘルツ連続光の照射実験も行った．この実験では生細胞の細胞膜ダイナミクスに対するテラヘルツ光照射の影響を明らかにするため，THz連続光を照射しながら光褪色後回復法を用いて膜分子の流動性を観測した．その結果，膜分子の拡散係数にテラヘルツ連続光の照射影響が認められた．今後パルステラヘルツ光照射との影響の比較を行い，そのダイナミクスを解明する予定である．