細胞の「硬さ」を非接触計測するブリルアン散乱イメージング

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 共鳴誘導で革新するバイオイメージング
• 研究課題/領域番号: 18H04749
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 市村 垂生 大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任准教授(常勤) (50600748)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: メカノバイオロジー / 生物物理

研究実績の概要

初年度は、蛍光とブリルアン散乱の同時イメージング法の開発に取り組んだ。本研究項目は、当初計画で２年目に予定した研究項目であるが、研究機関の異動の都合で、当初の１年目に予定していた新規光学系構築を後回しにして、先に蛍光イメージングの研究を実施した。まず、使用する蛍光の波長域について検討した。ブリルアン散乱の励起光として532nmの高強度のレーザを用いているため、532nmにわずかでも吸収を持つ分子では、光褪色やフォトダメージが生じる。532nmよりも長波長側に吸収を持つ場合は、短波長側に吸収スペクトルが伸びているため吸収してしまう。このため、蛍光の波長は532nmよりも短いことが望ましいと判断した。これを踏まえて、蛍光タンパクとしてCFPとGFPを選択し、特定の分子を標識した細胞に対してブリルアン散乱と蛍光のイメージングを実施したところ、ブリルアン散乱励起によってもフォトダメージが小さいことが確認された。実際に、数種類の細胞について蛍光とブリルアン散乱の同時イメージングを実現した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究機関の異動に際して、実験装置系の再構築に時間を要したため。

今後の研究の推進方策

当初１年目に予定していた、高速イメージング法の開発を２年目に実施する。研究機関異動に伴い余儀なくされた顕微鏡系の再構築を、引き続き実施する。これと並行して高速イメージングのための並列分光法の要素技術を開発し、年度後半に顕微鏡系に実装することを予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Kinesin-binding-triggered conformation switching of microtubules contributes to polarized transport (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Shima, Manatsu Morikawa, Junichi Kaneshiro, Taketoshi Kambara, Shinji Kamimura, Toshiki Yagi, Hiroyuki Iwamoto, Sotaro Uemura, Hideki Shigematsu, Mikako Shirouzu, Taro Ichimura, Tomonobu M. Watanabe, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 217 ページ: 4164
  • DOI: 10.1083/jcb.201711178
• [雑誌論文] Cell type discrimination based on image features of molecular component distribution (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Germond, T. Ichimura, L.-d. Chiu, K. Fujita, T. M. Watanabe, H. Fujita
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 11726
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30276-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Raman spectral signature reflects transcriptomic features of antibiotic resistance in Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Germond, T. Ichimura, T. Horinouchi, H. Fujita, C. Furusawa, T. M. Watanabe
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 ページ: 85
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0093-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 光散乱を用いた顕微分光イメージングによる細胞計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生
  • 学会等名: 第8回バイオナノフォトニクス新産業創造研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞システムのブリルアン散乱分光イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生
  • 学会等名: 第16回医用分光学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Elasticity imaging in multicellular systems by Brillouin scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生, 渡邉朋信
  • 学会等名: 第56回生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ブリルアン散乱による多細胞システムの弾性イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 市村垂生、ユリア・パニナ、渡邉朋信
  • 学会等名: 平成30年度日本応用物理学会秋季学術講演会