単一細胞温度計測でみられる異常発熱の物理学的解明

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06019
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2018); 東京慈恵会医科大学 (2016-2017)
• 研究代表者: 大山 廣太郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員(任常) (70632131)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 細胞温度計測 / 熱伝導 / 熱物性 / 顕微解析

研究成果の概要

近年の細胞温度の計測技術の発展により、単一細胞の発熱に伴う１℃オーダーの温度上昇が明らかにされつつある。しかしながら、この温度上昇は熱量測定の知見から計算される温度上昇より数桁も高いことが、世界的な論争となっている。この問題を解決するべく、本研究では細胞内外の局所温度を顕微イメージング・光操作する手法を駆使することで、細胞の発熱と温度上昇をつなぐ物理学的研究基盤となる顕微システムを構築、細胞内の熱伝導や熱物性、温度勾配に関する知見を得た。

自由記述の分野

生物物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は多種多様なタンパク質や構造物が高密度に存在する細胞内環境において、「熱はどのように伝わるのか」、「どのくらいの温度勾配が形成されるのか」、を検証するための顕微解析システムを開発し、細胞内熱伝導の非線形性や熱伝導率の不均一性、細胞発熱時の局所温度勾配を評価したものであり、単一細胞レベルで起こる発熱と温度上昇をつなぐ物理学的研究基盤を構築したことに学術的意義がある。