|
細胞内部環境の力学を、細胞内部に封入した微細なコロイド粒子の揺らぎと応答を解析する（Active/Passive Microrheology）観測システムを開発した。開発したシステムでは、細胞由来の力生成に基づく巨大な揺らぎを包含する非平衡システムにおいて、ピエゾ駆動の試料ステージをフィードバック制御することで、安定的にコロイド粒子を自動追尾しつつ観測を行うことができた。我々は当該手法ををフィードバックマイクロレオロジーと呼ぶ。
プローブとしては、他のオルガネラと区別するための蛍光標識と、生体物質吸着を抑制させるための表面処理を施したコロイド粒子を用いた。従来飢餓状態においた細胞にこれらのコロイド粒子を貪食させていたが、特に表面処理されたコロイド粒子の定着率や細胞の生存率に再現性が見られなかった。本年度はgene gunにより加速されたコロイド粒子を強制的に細胞内部に打ち込むことでこれらの問題を解決し、細胞内部環境の非平衡力学を観測した。
フィードバックマイクロレオロジーを用いて観測された、生きている細胞内部に打ち込まれたコロイド粒子の揺らぎ応答は、細胞が生み出す力のみならず、人工的に印加されたフィードバック制御に伴う非平衡揺らぎや緩和挙動の影響を受けることが分かった。こうしたフィードバック系における線形応答理論、ことに、非平衡系において揺動散逸定理（の破れ）を拡張して適用するための統計理論を整備することで、フィードバックマイクロレオロジーにより細胞力学を究明するための解析手法を確立した。本成果は、細胞や生体系を初めとする巨大な力生成や自発揺らぎを内在するアクティブマターの非平衡度と力学特性を同時に求められる唯一の手法として意義がある。
|
