共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 極限環境下における細胞膜局所構造変化のその場観察
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 埼玉大学大学院理工学研究科
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 吉川洋史

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 松崎賢寿 埼玉大院理工 修士学生

2

 佐崎元 北大低温研

研究目的 本研究では、低温を含む極限環境下での細胞膜構造を観察するための、新規細胞実験プラットフォーム技術の共同開発を行う。近年申請者は、様々な機能性高分子や脂質分子を用いて、細胞外の環境をインビトロでモデル化し、外部環境変化に対する細胞の応答ダイナミクスを定量測定してきた。また、共同研究者である北大低温研の佐崎元准教授は、レーザー微分干渉法などの光顕微法を駆使して、低温や高圧力などの極限環境下における結晶化のその場観察に成功してきた。本研究では、吉川のインビトロ生体環境モデルと佐崎の顕微観察技術を組み合わせ、様々な環境下での細胞膜構造を高分解能にその場観察するため実験プラットフォームを構築する。
　　
研究内容・成果 近年、細胞は周辺環境（外場）との接着を介して、外場の生化学的特性のみならず、力学特性（硬さ）も敏感に認識し、分化をはじめとする様々な機能を決定することが明らかとなってきた。一般に，軟組織の硬さのモデル化には、ハイドロゲルが広く用いられている。しかし、ハイドロゲル材料は屈折率が水に極めて近く、細胞―ゲル界面の観察が困難であるという問題があった。そこで本研究では、細胞―ガラス界面の高分解能観察に用いられている反射干渉顕微法に、研究分担者である佐崎が有する低コヒーレントSuper Luminescent Diode（SLD）光源による共焦点システムを組み合わせ、細胞―ゲル界面の高コントラスト観察システムを開発した。まず本システムの空間分解能を評価するために、ハイドロゲル上に配置したポリスチレンビーズを観察したところ、ハイドロゲル界面にも関わらず明瞭なニュートンリングが観察され、10 nmという極めて高いZ軸空間分解能を有することが明らかとなった。次に、がん細胞（メラノーマ）とハイドロゲルとの界面を観察したところ、接着班と呼ばれる50 nm以下の細胞膜のナノ構造を明瞭に可視化することが可能であった。このようなゲル上の接着班構造は、これまでは蛍光染色を用いた手法以外では観察が困難であり、光干渉法を用いてラベルフリーに観察可能であることが示された。さらに本手法を用いて、がん細胞がゲルの硬さに対して接着面が単調増加することを定量的に見出し、がん細胞の初期の接着において外場の硬さが重要な役割を果たすことを解明した。近年、がんの遊走においても外場の硬さが大きく影響を与えていることが示唆されつつあり、本手法を用いることでがん転移機構に関するより定量的な知見が得ることができると考えられる。来年度も引き続き、佐崎と協力しつつ、本手法を用いて様々な環境下における細胞膜構造の高分解能観察に挑み、細胞-外場間の相互作用が寄与する生命現象メカニズムの総合理解を目指したいと考えている。
一連の成果は、既に国際学会9th International Symposium Gelsympo2012で発表したとともに、現在論文を投稿準備中である。また、本プロジェクトに加えてフェムト秒レーザーを用いた結晶加工に関する共同研究も進め、Crystal Growth & Designにその成果を論文発表した。
　　
成果となる論文・学会発表等 1.H. Y. Yoshikawa， G. Sazaki et al.， "Spatially Precise， Soft Microseeding of Single Protein Crystals by Femtosecond Laser Ablation"， Crystal Growth & Design， 12， 4334-4339， 2012.

2. T. Matsuzaki，G. Sazaki， H. Y. Yoshikawa et al.， "Visualization of Cell-Hydrogel Interfaces by Advanced Interferometric Contrast Microscopy"， 9th International Symposium Gelsympo2012， Tsukuba， Oct 2012.