2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular manipulation in biological cells with surface plasmon resonance based optical trapping
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25600052
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
細川 千絵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (60435766)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光ピンセット / ナノバイオ / 表面プラズモン共鳴 / 神経細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、表面プラズモン増強効果を利用した新規光マニピュレーションにより、細胞表面の分子のみを局所的に操作するマニピュレーション技術を開発し、細胞内の高次操作へと応用する。これまでに、表面プラズモン共鳴効果を利用した細胞表面分子マニピュレーションの実現のため、培養神経細胞表面に局在している神経細胞接着分子の高効率な光捕捉や単一ナノ粒子の捕捉力の増大に成功している。本年度は、これまでの研究成果をまとめ、表面プラズモン共鳴効果を利用した光ピンセットの有効性について示した。さらに、プラズモニックチップ上で培養した神経細胞に局在する神経伝達物質受容体分子の光捕捉、集合過程の蛍光解析を行い、表面プラズモン共鳴効果に基づく光捕捉力の増大機構について考察した。
プラズモニックチップとして、カバーガラス上にピッチ500 nmの二次元周期構造を作製し、金属層(銀、または金)と消光抑制層(シリカ層)を成膜したものを用いた。興奮神経伝達において主要な受容体であるAMPA型グルタミン酸受容体(AMPA-R)分子に特異的に結合する抗体、および蛍光性量子ドット(QD)を標識し、免疫蛍光染色により神経細胞表面に局在するAMPA-Rを可視化した。免疫蛍光染色時間を短縮することにより細胞への負荷を低減した。銀を成膜したプラズモニックチップ上での培養と比較して、金を成膜したプラズモニックチップでは細胞培養に対する耐性が高く、3週間以上の長期培養が可能であることを見出した。波長1064 nmの光ピンセット用レーザーを細胞表面に集光し、蛍光相関分光測定によりQD標識AMPARの分子運動を検証した結果、集光領域における分子の平均滞在時間は、カバーガラス上で培養した細胞での結果と比較して長い傾向がみられ、表面プラズモン共鳴効果に基づく光捕捉力の増大が示された。今後、本手法を用いた神経伝達過程の可逆的操作への展開が期待される。
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