| 研究課題/領域番号 |
15H05737
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
西野 吉則 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40392063)
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| 研究分担者 |
鈴木 明大 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (20781850)
木村 隆志 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (50531472) [辞退]
大島 泰郎 東京薬科大学, 生命科学部, 名誉教授 (60167301)
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| 研究期間 (年度) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| キーワード | Ｘ線自由電子レーザー / 可視化 / 細胞 / 超精密計測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）のフェムト秒オーダーのパルス幅を利用して、異なる状態の細胞を、独自開発したパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法により放射線損傷なくイメージングすることにより、生細胞のナノレベルダイナミクスを観察することを目指している。異なる状態の細胞の調製方法として、同調培養による細胞周期の同期、温度制御、ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスなど複数の手法の研究を進めた。
同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対するPCXSS測定データの解析を進めた。また、Thermus属細菌に対して同調培養を試みたほか、フローサイトメーターを用いた同調率の評価を行った。ケージド化合物を用いたフラッシュ・フォトリシスに関しては、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いて、がんのフォトサーマル治療用に近年開発されたpH応答性金ナノ粒子の凝集・分散過程を観察すべく、ケージドプロトンを用いたポンプ・プローブPCXSS測定を開始した。温度制御に関しては、MAXIC-II用に開発した試料温度制御装置を用いて、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定を進めた。
PCXSS測定では、従来、1マイクロメートルほどに集光したXFELを用いて、サブマイクロメートルサイズの細菌細胞等の試料を測定してきた。更に集光度を高めた100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定を新たに開始した。
試料探索の過程で平成28年度に発見した、Thermus属細菌細胞が培養条件に依って短くなる新規現象に関して、細胞生物学的に興味深い予備的なイメージング結果が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
細胞の状態を同期させる方法として取り組んだ、同調培養、温度制御、ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスのいずれにおいても、おおむね順調に研究が進行した。同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対してデータ解析を進めたほか、同調率の測定を行った。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシス測定に関しては、ポンプ・プローブ法に対応したコヒーレントＸ線イメージング用試料チャンバ（MAXIC-II）を用いたポンプ・プローブPCXSS測定を開始した。温度制御に関しては、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定を進めた。研究の新たな展開として、100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定を新たに開始した。さらに、新規微生物の探索では、生物学的により意義の大きいThermus属細菌に関する研究を進め、細胞生物学的に興味深い予備的なイメージング結果を得た。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題では、いくつかのアプローチにより細胞の状態を同期させ、異なる状態の細胞を、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）を用いたパルス状コヒーレントＸ線溶液散乱（PCXSS）法でイメージングすることにより、生きた細胞のナノレベルダイナミクス観察を目指す。
同調培養に関しては、Microbacterium属細菌に対するデータ解析を進める。温度制御に関しては、温度応答性金ナノ粒子やMicrobacterium属細菌のPCXSS測定およびデータ解析を進める。ケージド化合物のフラッシュ・フォトリシスに関しては、pH応答性金ナノ粒子の凝集・分散過程の観察に向けて、MAXIC-IIを用いたポンプ・プローブPCXSS測定を進める。
さらに、MLEAチップやPCXSS測定技術や試料像再構成（位相回復）技術を高度化する研究を進める。特に、100ナノメートルほどに集光したXFELを用いたPCXSS測定に必要な技術開発を進める。細胞試料に関しては、Thermus属細菌細胞の大きさが変化する新規現象について、PCXSS測定によるイメージング研究を継続する。
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