単一心筋細胞内酸素輸送の高解像度3次元分光計測

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09670037
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 高橋 英嗣 山形大学, 医学部, 助教授 (30206792)
• 研究分担者: 土居 勝彦 山形大学, 医学部, 教授 (20002222)
• キーワード: 単離心筋細胞 / 分光法 / ミオグロビン / 細胞内酸素分圧 / 低酸素 / 虚血 / 心筋 / 画像処理

研究概要

1.ラットから単一分離した心筋細胞に、細胞内ミオグロビンを内因性プローブとした顕微分光法を適用した。新規に考察したデジタル画像処理法を用いることで、ミトコンドリアの大きさに匹敵するsubcellularの空間分解能で、細胞内の酸素分布(ミオグロビンの酸素飽和度)を定量・画像化することができた。
2.生体内と同等の酸素分圧に細胞を暴露した後、脱共役剤でミトコンドリアの酸素消費量を対照値の約8倍に増加させると、一個の心筋細胞の中に大きな酸素分圧勾配が生じることを、この方法を用い画像化した。この酸素分圧勾配は特に細胞形質膜直下で顕著であった。この結果、細胞の中心部には酸素分圧の非常に低い領域すなわちanoxic coreが観察された。
3.新規に考案した画像処理法を用い、単離心筋細胞のNADH蛍光をsubcellularの空間分解能で観察したところ、2で述べた同一条件下で、細胞中心部に強い蛍光領域の存在が明瞭に画像化された。この結果は、2で観察されたanoxic coreがミトコンドリアの好気的代謝を直接制限することを意味する。
4.以上の結果より、単離心筋細胞の好気的代謝は、細胞内酸素拡散により制御されている可能性がある。

研究成果

• [文献書誌] E.Takahashi: "Oxyger transport to ischemic cardiac myocytes." Adv. Exp. Med. Biol.411. 145-148 (1997)
• [文献書誌] 高橋英嗣: "単離心筋細胞内酸素分布画像化による細胞内酸素分圧勾配の定量" 心筋の構造と代謝. 19. 183-188 (1997)
• [文献書誌] E.Takahashi: "Direct observation of radial intracellular Po_2 gradients in a single cardiomyocyte of the rat." Am.J.Physiol.(in press).
• [文献書誌] Z-L.Xu: "Effect of ischemic preconditioning on myocardial oxygen consumption during is chemia." J.Mol.Cell.Cardiol.(in press).
• [文献書誌] E.Takahashi: "Direct estination of intracellular Po_2 gradients in a single cardiomyocyte of the rat." Adv.Exp.Med.Biol.(in press).
• [文献書誌] 高橋英嗣: "続心筋代謝実験法(細胞内局所酸素測定法)" 六法出版社(印刷中),
• [文献書誌] 高橋英嗣: "興和生命科学振興財団研究報告" 単一心筋細胞内酸素分布の高解像度分光計測法(印刷中),