2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06044
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
新井 敏 早稲田大学, 付置研究所, 研究員 (70454056)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオイメージング / 蛍光プローブ / 蛍光イメージング / 蛍光温度センサー / ATP / 温度生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、恒温動物や変温動物などの区分に関わらず、多くの種が、積極的に熱産生を行い、生命活動を制御していることが明らかになってきた。一方、今までの温度生物学の研究は、マクロな温度変化である個体の体温を扱うことに限定されており、ミクロな細胞の世界での熱産生、更には、その熱が、どのように多細胞組織まで伝播していくのか、その時空間ダイナミクスは、ほとんど注目されてこなかった。本研究課題では、高感度の蛍光温度センサーを開発し、細胞・組織・動物の高解像度温度マップを作成することを目標としている。当該年度も、昨年度に引き続き、蛍光温度センサーの感度の改善に取り組んだ。色素分子が持つ元々の感度（温度変化に対してどれくらい蛍光強度が変化するか(%／℃)）を増幅するようなマトリックスを見出し、これを色素と組み合わせてナノ粒子化することで、今までに無い高い温度感受性を持つセンサーを作ることに成功した。また、今までの分子サイズの蛍光温度センサーに関しても、共同研究者と共に、色素骨格などの変更などを行った。結果、今までの蛍光温度センサーの蛍光波長は、TRITCチャネルでの使用に限られていたが、色素の波長の多様性を拡張することに成功した。また、蛍光温度センサーのもう１つ重要な側面としてオルガネラ特異性がある。今までは、ターゲット場所として、ミトコンドリアやERに限られていたが、細胞内の複数のオルガネラにターゲットすることにも成功した。更に、併行して共同研究者と進めていた、蛍光温度センサーを用いたex vivoやvivoの2光子蛍光イメージング(輝度変化および蛍光寿命)も、それぞれ、多細胞組織における温度の時空間ダイナミクスを捉えるための実験のセットアップは完了し、データの収集を始めている。加えて、研究のもう1つの重要な方針である発熱体を用いた温熱制御システムについても、プロトタイプを完成させた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の後半に、本科研費にて、化学合成を専門とする研究補助員を雇用した。合成研究が順調に進んだことと、共同研究者からの助言等もあり、蛍光温度センサーの感度の改善、励起・蛍光の波長や小器官特異性の拡張など、本課題の目的とする成果が得られつつある。また、開発した蛍光温度センサーを用いたイメージング実験に関しても、筋肉等を中心に、共同研究者らと実験系のセットアップを終了し、データの収集を進めている。論文執筆も開始しており、研究期間内の採択を目指す。また、本科研費のもう1つの柱である、発熱体の合成も本年度着手しており、細胞や組織の様々な場所をリモートで加温できる技術のプロトタイプを完成させ、複数回、学会発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、主に、完成した蛍光温度センサーを用いたイメージング実験に取り組む。前年度、特殊な培養皿を用いて細胞塊を作る系も立ち上げている。これを用いて、細胞塊を用いた多細胞社会のイメージングも進めていく。共同研究者らとの動物個体イメージングについては、併行して引き続き行う。研究開始時に想定していた2光子や近赤外イメージングに加えて、蛍光量子収率の低い色素を用いた光音響イメージングの可能性も模索する（既に、共同研究者らと実験系の確立を進めている）。多様な検出手段を利用し、様々な熱産生の時空間ダイナミクスの解析を進めていく。
温度変化に加えて、細胞内の他因子（カルシウム、ATP、pHなど）を同時に観察し、熱産生のメカニズムを様々な視点で深く理解する。昨年度より開始していた、近赤外吸収ナノ材料を用いた「発熱体」の研究も、論文成果としてまとめていく予定である。
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