2012 Fiscal Year Research-status Report
多粒子光トラップによる神経細胞の軸索伸長の制御とその特異性の起源の解明
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24657105
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
水野 大介 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30452741)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 力学知覚 |
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| Research Abstract |
細胞は周囲環境からの生化学信号だけでなく、力学的な性質(硬さや力)にも依存して自らの振る舞い（遊走、分化、成長、分裂）を決定する。しかしながら細胞が周囲環境の力学的性質を計測する(rigidity sensing)メカニズムは長く不明であった。最近研究代表者らは、生体媒質中に分散させたコロイド粒子の揺らぎと応答を同時観測(active/passiveマイクロレオロジー)、細胞は自らの硬さを物差しとして周囲環境の硬さを測っていることを見出した。
本研究では、神経細胞(ニューロン)が軸索を伸長させる際に、周囲環境の力学的要因が果たす役割を調べる。そのために脳内環境を模した柔らかいゲル中でニューロンを3次元培養しつつ、SLM(空間位相変調素子)を用いた多点同時光トラップにより周辺ゲル中に力学的・生化学的場を形成し、active/passiveマイクロレオロジーを行うことでこれらの制御された場が軸索の伸長の向きや速度に与える影響を観測する。
これを実現するために、本年度はactive/passiveマイクロレオロジー計測システムにfeedback機構を導入した。これにより大きな非平衡揺らぎを示す生体系において揺らぎと応答を安定的に同時観測することが可能になった。また、当該計測システムにSLM(位相変調素子)を用いた光トラップを導入し、複数の捕捉対象物を3次元空間中の任意の位置に配置することを可能とした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
active/passive マイクロレオロジー計測システムに1)生体系観測用オプション 2)feedback機構、3)多粒子補足用のＳＬＭを導入すると、技術的な理由で非生体試料の観測がこれまでと同等な精度で実行できなくなった。これを避けるために、これまでの非生体試料計測用のactive/passive マイクロレオロジー計測システムとは別に、あらたに生体系観測用装置を１から作り上げており、その分当初の計画からやや遅れている。具体的には、多粒子の同時補足は可能となったが、高性能ＧＰＵを利用したリアルタイム制御が行えていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り、平成２４年度は当初、これまで所持している計測システムに生体系計測用オプションその他を組み込むことで、一つのシステムで生体系も非生体系も観測することを目指していた。しかしながら中途でこの方針を変更し、生体系計測専用システムを新たに１から組み上げることとした。その結果、本研究の遂行に当初の予定から若干の遅れが生じている。観測機器の性能向上と価格低下は目覚ましいことも考慮しつつ、並列処理に優れたNVIDIA社製ＧＰＵ等の機器群の購入を延期して、平成２５年度に購入することとした。平成２４年度には新たな測定装置の作製を博士課程進学予定の学生を教育しつつ共同で遂行した。ことに当該学生は測定装置開発に加えてプログラミング能力にも優れていて、平成２４年度には多粒子トラップのリアルタイム制御用のプログラミング言語を習得した。その結果平成２５年度は当該学生を本研究遂行のための戦力として十分に期待できるために、研究進行速度を加速できる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成２５年度には、NVIDIA社製ＧＰＵおよびstanford research社製feedback controller、その他オプトメカニクス部品（ダイクロイックミラー、対物レンズ、規格化差動増幅器、等）を購入して、生体系計測用active/passiveマイクロレオロジー計測装置を完成させる。これにより、本研究プロジェクト専用に測定装置を常時使用できるようになることから本研究の遂行を効率化できる。ことに平成２４年度に引き続き、平成２５年度も、科学技術研究費補助金「若手Ａ」に採択されている別プロジェクトにおいて非生体系のactive/passiveマイクロレオロジー計測を行う必要がある。当該プロジェクトと測定装置を共有せねばならなかった平成２４年度は、測定試料の変更のたびに数日がかりで装置の変更・光学系調整を要し、両方のプロジェクト遂行の障害となっていたが、この問題が解決される。また、共同で本研究を遂行する博士課程学生が研究成果発表するための旅費も支出する。
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