最先端材料科学研究:外力に対する細胞の応答を、ナノサイズのプローブで明らかに
2023年11月27日
Science and Technology of Advanced Materials
【画像:https://kyodonewsprwire.jp/img/202311243342-O1-sj73hRM6】
Science and Technology of Advanced Materials誌 プレスリリース
配信元:国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) 〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
Date: 27 November 2023
最先端材料科学研究:外力に対する細胞の応答を、ナノサイズのプローブで明らかに
(Tsukuba 27 November) 細胞の「骨格」が外的ストレスにどのように適応するのかを、新技術で解明
【画像:https://kyodonewsprwire.jp/img/202311243342-O2-6Gf9451p】
図の説明: 足の応力(プレストレス)分布は足の機能によって異なる
研究チームは、生きた細胞にナノサイズの凹みを与え、その結果生じる細胞内の変化から、細胞全体が外部からの物理的な力にどのように応答するかをとらえることに世界で初めて成功した。
つくばにある国立研究開発法人物質・材料研究機構(以下、NIMS)の研究者が率いるチームは、この新技術の開発のために原子間力顕微鏡を利用した.この手法では、先端がわずか10億分の数メートルというナノスケールのプローブで,細胞の表面に凹みを与えることで、細胞の表層から内部に至るまで,力がどのように行きわたるかを測定する。研究チームは機械学習を用いることで、プローブが感じる力の詳細な解析を行い、その結果、細胞内で力が広がる様子を高精細に求めることに成功した。さらに、細胞の「骨格」を構成する微小管やアクチンフィラメントを染色することで,外力によるひずみが,それら細胞骨格や細胞の内部構造にどのような影響を与えるかを明らかにした。
「細胞は、周囲のさまざまな化学的・力学的刺激に適応できるスマート材料です」本論文の責任著者である物質・材料研究機構 高分子・バイオ材料研究センター メカノバイオロジーグループのリーダーである中西淳氏は言う。細胞の優れた適応能力は、細胞が自らを健康な状態を保つのに必須の機能で、それが破綻すると、糖尿病、パーキンソン病、心臓発作、がんなど、さまざまな病気につながることが最近明らかになってきている。
これまで、細胞内の力のマッピングは技術的な課題があった.例えば,細胞内の特定の部位に忍び込ませたセンサー分子を用いる方法などでは,局所的な情報しか得ることができない。「私たちは、ナノスケールの 「指 」で細胞に 「触れる 」独自の手法を開発しました。これによって、細胞全体の力の分布をナノメートルの分解能でマッピングすることができるのです」本論文の筆頭著者であり、メカノバイオロジーグループに所属する日本学術振興会特別研究員の王 洪欣(Hongxin Wang)氏は言う。
この研究により、細胞内の引張力と圧縮力はそれぞれアクチン線維と微小管によって担われ、さながらキャンプ用テントのポールやロープのように働いて、細胞の形状を維持していることが明らかになった。さらに、アクチン線維が担う力を解除させた結果、細胞核も外力に抵抗するのに関与していることが判明。細胞のストレス応答における細胞核の役割が浮き彫りになった。
研究チームは、健康な細胞とがん細胞の反応の比較も行った。がん細胞は健康な細胞よりも外部からの圧迫に強く、それが故に細胞死を起こす可能性が低いことがわかった。
今回、外的ストレスに対する複雑な細胞内機構を明らかにするだけでなく、がん細胞における反応の違いを明らかにしたことは、健康な細胞とがん細胞を区別する新手法、すなわち細胞のメカニクスに基づく診断ツールを提供できる可能性がある。
現在、病院ではがんの診断に細胞の大きさ、形、構造を用いている。しかしながら、これらの特徴は、健康な細胞と病気の細胞を見分けるには必ずしも十分な情報を提供しない。「今回の発見は、細胞内の力の分布を測定することで細胞の状態をチェックする新たな方法を提供するもので、診断精度を劇的に向上させる可能性があります」と、本論文のもう一人の責任著者であり、 NIMSマテリアル基盤研究センター 先端解析分野 電子顕微鏡グループ 主任研究員張 晗 (ZHANG, Han) 氏は言う。
この研究は『Science and Technology of Advanced Materials』誌に掲載された。
論文情報
タイトル:Mapping stress inside living cells by atomic force microscopy in response to environmental stimuli
著者:Hongxin Wang, Han Zhang*, Ryo Tamura, Bo Da, Shimaa A. Abdellatef, Ikumu Watanabe, Nobuyuki Ishida, Daisuke Fujita, Nobutaka Hanagata, Tomoki Nakagawa &Jun Nakanishi*
*Research Center for Macromolecules and Biomaterials, National Institute for Materials Science, Sengen 1-2-1, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan (E-mails: ZHANG.Han@nims.go.jp, NAKANISHI.Jun@nims.go.jp)
引用:Science and Technology of Advanced Materials: Methods Vol. 24 (2023) 2265434
最終版公開日:2023年10月18日
本誌リンク https://doi.org/10.1080/14686996.2023.2265434(オープンアクセス)
Science and Technology of Advanced Materials誌は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)とEmpaが支援するオープンアクセスジャーナルです。
本件に関する問い合わせ: stam_info@nims.go.jp
「徳川家康の末裔」ギャル芸人が剛力彩芽に「元カレ」トークぶっ込む緊急事態!「ツマミ」
藤井聡太王将、就位式で選んだ意外な記念品 会場にどよめき
ソフトバンク和田毅、中日根尾昂、板山祐太郎、楽天荘司康誠、山田遥楓を抹消/23日公示
宮根誠司「いつもエネルギーにあふれている…整理がつかない」真島茂樹さん悼む
最近の偽アマゾンサイトの傾向は?→クレカ情報クレクレサイトになっていた
すがちゃん最高No.1、その辺の草を食べて初心に帰る「あの頃を思い出しました」
中尾彬さん「それで一緒になろうと思った」追悼「徹子の部屋」で池波志乃とのなれそめ語る
新井恵理那、朝番組で共演の中尾彬さん追悼「ニタリとしながらわざと怒ったような口調…寂しい」
東芝:300mmウエハー対応パワー半導体新製造棟を竣工
つばさの党代表らの衆院補選妨害容疑 警察庁長官「許されない」
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
TikTokを賑わす「フエラムネごめんなサイダー味」がセブンイレブンで再販!じゅるるマスカットも買うなら今!
小倉優子、不自然な“二重ライン”にネット騒然「やっぱり整形?」
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
藤田ニコル「初めてした日」ゆうちゃみ「体位とかも全部」親に明かしたギャル的「性事情」に騒然
吉住、なぜかR-1グランプリの大爆笑ネタが炎上させられてしまう事態に
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
元めちゃイケメンバーの三中元克(32)現在は何をしているのか調べてみた!
俳優の中尾彬さんが死去、81歳 幅広く活躍 トレードマークは「ねじねじ」 妻は池波志乃
ガーシーが綾野剛のLINE公開でネット騒然「ショック」「すごいエンタメ」
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
元めちゃイケメンバーの三中元克(32)現在は何をしているのか調べてみた!
TikTokを賑わす「フエラムネごめんなサイダー味」がセブンイレブンで再販!じゅるるマスカットも買うなら今!
ヒカル、浮気相手とのLINE流出にドン引きの声「キモすぎる」「吐きそう」
ガーシー、またも綾野剛の暴露写真でネット歓喜「この写真見て笑っちゃう」
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
ガーシーが綾野剛のLINE公開でネット騒然「ショック」「すごいエンタメ」
「徳川家康の末裔」ギャル芸人が剛力彩芽に「元カレ」トークぶっ込む緊急事態!「ツマミ」
藤井聡太王将、就位式で選んだ意外な記念品 会場にどよめき
ソフトバンク和田毅、中日根尾昂、板山祐太郎、楽天荘司康誠、山田遥楓を抹消/23日公示
宮根誠司「いつもエネルギーにあふれている…整理がつかない」真島茂樹さん悼む
最近の偽アマゾンサイトの傾向は?→クレカ情報クレクレサイトになっていた
すがちゃん最高No.1、その辺の草を食べて初心に帰る「あの頃を思い出しました」
中尾彬さん「それで一緒になろうと思った」追悼「徹子の部屋」で池波志乃とのなれそめ語る
新井恵理那、朝番組で共演の中尾彬さん追悼「ニタリとしながらわざと怒ったような口調…寂しい」
東芝:300mmウエハー対応パワー半導体新製造棟を竣工
つばさの党代表らの衆院補選妨害容疑 警察庁長官「許されない」