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2022 年度 実績報告書

生理的環境下における筋節内ミオシン状態分布を計測する追跡積算式ラマン分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K15762
研究機関中部大学

研究代表者

新谷 正嶺  中部大学, 生命健康科学部, 講師 (40650536)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード収縮リズム恒常性 / サルコメアカオス / 心臓の生理学 / AIL: AI to learn / ラマン分光推定法 / リアルタイムラマン分光計測 / 電子顕微鏡ライブイメージング / DET膜法
研究実績の概要

本研究では、生理的環境下のままサルコメア内のミオシン状態を計測することの重要性を示し、それを具体的に計測するための方法としてラマン分光法を用いた新たな方法を提案した。この当初の計画に関しては、30 fpsの計測分解能で200~4000 cm-1のラマンシフトの同時計測が出来るリアルタイムラマン分光顕微鏡の構築に成功し、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)のガラス形成反応などのダイナミクス計測に成功した。この計測系で様々な反応の分子結合変化の計測に成功したが、現時点では、動くサルコメア内のミオシン状態変化の推定までは至らなかった。しかし、当初の想定を超えた成果として、心筋細胞内のサルコメアは、体温の熱を利用して、カオス的不安定性と恒常性的安定性を併せ持った収縮リズムを生み出していることを発見した。心筋細胞内のサルコメアダイナミクスが、ミオシン分子等の1分子計測で確認されているnm スケールの確率的な不安定性だけでなく、μmスケールのカオス的不安定性も生み出して活用し、巧妙なダイナミクスを実現していることを実験事実として発見できた。すなわち、ミオシン分子等を単離してその詳細を調べるだけでなく、生理的環境下のままサルコメア内で振る舞うミオシン等生体分子の挙動とその効果を示すことの重要性を示すことに成功した。この発見を支援するために見出したAIL(AI to learn;学習や研究の裏方に徹した支援ツールとしてAIを活用する)というAI活用指針も今後ますます重要になっていくと確信している。また、溶液に浸かった摘出心臓等の動く試料の構造と「動き」を走査型電子顕微鏡でリアルタイムに計測できる、DET膜法(電子顕微鏡ライブイメージング法)を開発・論文公開・特許取得できたことも大きな成果と認識している。この方法もサルコメア内のミオシン分子動態の直接計測を実現しうる。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件) 備考 (5件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Artificial intelligence to learn (AIL) : How to use AI without having to deal with AI-derived black boxes2023

    • 著者名/発表者名
      Shintani Seine A.
    • 雑誌名

      Annual report of Research Institute of Life and Health Sciences

      巻: 19 ページ: 18-22

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hyperthermal sarcomeric oscillations generated in warmed cardiomyocytes control amplitudes with chaotic properties while keeping cycles constant2022

    • 著者名/発表者名
      Shintani Seine A.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 611 ページ: 8~13

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.04.055

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Real-time scanning electron microscopy of unfixed tissue in the solution using a deformable and electron-transmissive film2022

    • 著者名/発表者名
      Shintani Seine A、Yamaguchi Seiji、Takadama Hiroaki
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: 71 ページ: 297~301

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfac030

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Warmed cardiomyocytes achieve contraction rhythm homeostasis by producing chaotic instability2023

    • 著者名/発表者名
      Seine A. Shintani
    • 学会等名
      The 100th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan, Kyoto, Japan.
    • 国際学会
  • [学会発表] カオス的不安定性を生み出して鋭敏な応答と周期維持を実現する温めた心筋細胞の力学特性2023

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      生体運動研究合同班会議2023
  • [学会発表] Bioactive and antibacterial titanium metal incorporated with strontium and iodine by a solution and heat treatment2022

    • 著者名/発表者名
      Seiji Yamaguchi, Yuka Mizuno, Seine A. Shintani and Hiroaki Takadama
    • 学会等名
      International Conference on Innovative Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Warmed myocardium creates a contractile rhythm that combines stability and instability2022

    • 著者名/発表者名
      Seine A. Shintani
    • 学会等名
      The 60th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] 走査型電子顕微鏡による溶液に浸かった生体試料の構造と動きのその場観察2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第77回学術講演会
  • [学会発表] 温めた心筋細胞で生じる熱筋節振動は周期を一定に保ちながらカオス的性質で振幅を変調させる2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      第74回日本細胞生物学会大会
  • [学会発表] 水溶液-加熱処理によるチタン金属へのSr+I含有チタン酸カルシウムの形成及びその抗菌性評価2022

    • 著者名/発表者名
      山口誠二, 水野優香, 新谷正嶺, 高玉博朗
    • 学会等名
      2022年度塑性加工春季講演会
  • [学会発表] 電子顕微鏡ライブイメージング;生体ダイナミクス計測の破壊的イノベーション2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会 第1回企業参加型ピッチコンテスト
  • [学会発表] 温めた心筋細胞では安定性と不安定性を併せ持ったサルコメア収縮リズムが顕在化する(シンポジウム発表)2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      第29回 日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] 温めた心筋細胞では安定性と不安定性を併せ持ったサルコメア収縮リズムが顕在化する(ポスター発表)2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      第29回 日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] ヨウ素イオン徐放性と骨侵入に適した積層造形チタン多孔体の開発~力学的特性及びイオン徐放性評価~2022

    • 著者名/発表者名
      山口誠二, Mahmoud Elroubi, Phuc Thi Minh Le, 新谷正嶺, 高玉博朗, 松下富春, 北垣壽, 本田新太郎, 奥津弥一郎, 藤林俊介
    • 学会等名
      第41回整形外科バイオマテリアル研究会
  • [学会発表] 温めた心筋細胞ではカオス的不安定性を生み出すことで収縮リズム恒常性を実現する2022

    • 著者名/発表者名
      新谷正嶺
    • 学会等名
      令和4年度 筋生理の集い
  • [備考] 所属大学 教員情報 新谷正嶺

    • URL

      https://www2.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/b44e9f346b010f4dcaa34e30b1ced0d3e3c67b9a.html

  • [備考] researchmap 研究者情報 新谷正嶺

    • URL

      https://researchmap.jp/Seine_A_Shintani

  • [備考] 世界的課題を解決する知の「開拓者」育成事業(T-GEx)メンバー情報 新谷正嶺

    • URL

      https://www.t-gex.nagoya-u.ac.jp/member/423-2.html

  • [備考] 毎日新聞[ナノレベルで動き観察 電子顕微鏡使い、生体を立体的に 中部大・新谷講師ら新技術開発」

    • URL

      https://mainichi.jp/articles/20220730/ddl/k23/040/121000c

  • [備考] 総務省 異能vation 異能β一覧(2023年 異能β 受称)

    • URL

      https://www.inno.go.jp/innobeta/

  • [産業財産権] 多孔質複合体とその製造方法2022

    • 発明者名
      山口誠二, 新谷正嶺, 藤林俊介, 寺内俊太郎, 松下富春
    • 権利者名
      学校法人中部大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-157760
  • [産業財産権] 走査型電子顕微鏡を用いた観察方法、及びそのための試料ホルダ2021

    • 発明者名
      新谷正嶺, 山口誠二, 高玉博朗
    • 権利者名
      学校法人中部大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      7142404

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公開日: 2023-12-25  

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