ナノを開発している研究チーム

2023 年 8 月 21 日

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タンペレ大学著

多くの場合、細胞は非常に活発に動き、発電機として機能します。 物理的な力を生み出す細胞の能力は、体の基本的な機能の 1 つです。 たとえば、走っているとき、細胞内で生成される力によって筋肉が収縮し、呼吸が機能します。 過去に開発された力センサーによって、個々のタンパク質が受ける力も測定することが可能になりましたが、細胞内力や機械的ひずみは以前は測定できませんでした。

タンペレ大学の細胞生物学研究者は、オハイオ州立大学 OSU の科学者らと協力して、機械的に反応するタンパク質の側面に取り付けて、細胞内のタンパク質にかかる力や歪みを感知できる力センサーを開発しました。

マイクロサイズセンサーの開発は、2019年12月の会議旅行から始まりました。

「電力を感知する部分は、伸ばすと色が変わる輪ゴムのようなものです。この部分は輪ゴムの両端にある抗体に取り付けられており、研究対象の細胞の標的タンパク質に結合します。研究対象のタンパク質の力または伸びその後、ゴムバンドの伸び、つまりゴムバンドが生成する色を追跡することで、顕微鏡下で検出できます」とタンペレ大学バイオメディテックの上級研究員、ティーム・イハライネン氏は述べています。

イハライネン氏によれば、この力センサーのサイズはわずか約 20 ナノメートルであり、幅広い細胞生物学研究やさまざまな標的タンパク質に簡単に応用できるという。 タンパク質バイオセンサーの助けを借りて、たとえば、核膜内、異なるタンパク質間、または一般に細胞の細胞骨格内での力を測定できます。 これにより、細胞の仕組みを初めて目に見える形に変換することが可能になります。

この技術には、日本、インド、ノルウェー、米国のさまざまな研究室ですでに大きな関心が寄せられています。

細胞は、正常な身体機能と病気の両方において、常に力にさらされています。

たとえば、がん細胞が成長して移動するにつれて、細胞は機械的な力を受けます。 がんが血管やリンパ管に侵入するなどして広がると、がん細胞は微小環境の狭い隙間を通り抜けなければなりません。 したがって、がん細胞は強力な圧縮力と伸長力にさらされ、一部の細胞が破壊される可能性があります。 核への損傷はそのゲノム構造を変化させる可能性があり、場合によっては癌の発生に有利になることもあります。

「センサーの助けを借りて、がんのメカニズムと関連プロセスをまったく新しい視点から監視できるようになります」とイハライネン氏は述べています。

この研究はNature Communications誌に掲載された。

別の最近の研究では、細胞生物学と信号処理の専門知識を組み合わせることによって拡大顕微鏡法を改良しました。 細胞生物学の研究者に加えて、タンペレ大学工学部および自然科学部の画像専門家とユヴァスキュラ大学のウイルス学者が研究に参加した。

レンズと光の相互作用により、サンプル内の小さな構造の詳細がぼやけてしまうため、光学顕微鏡の解像度には限界があります。 ただし、超解像顕微鏡のさまざまな技術を使用すると、非常に小さな細部を分離することができます。 これらの技術の 1 つは、いわゆる拡大顕微鏡法です。その原理は、対象 (細胞など) を物理的に拡大し、その内部の小さなものを観察することです。 実際には、サンプルは柔らかいゲルの中に入れられ、4 倍以上に拡張することができ、サンプルのすべての細部も拡大されます。