ナノダイヤモンドを用いた細胞内局所ｐＨ計測技術の開発

利用纳米金刚石开发细胞内局部pH测量技术

基本信息

批准号：
19J12787
负责人：
藤咲貴大
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞内のナノメートルオーダーのpHは空間的に異なった分布を持つ。細胞のpHの異常は様々な疾患と関連することが知られているため、このナノメートルオーダーのpHの空間的な分布を可視化することができれば、一細胞という極微量の試料から病気の診断が可能になると考えられる。M R I(Magnetic Resonance Imaging)は、物理量の空間的な分布を可視化する技術であり、実際の医療の現場でも使用されている。しかしながら、従来のコイル検出によるMRIにおいては、空間分解能がマイクロメートルオーダーに制限される。本研究では約100 nmの蛍光ナノダイヤモンドを検出器として用いることで、ナノメートルオーダーの空間分解能でのpHセンシングを実現した。これまでの研究において、蛍光ダイヤモンドの表面をカルボキシ基で修飾することで、縦緩和時間T1の変化を介して、ナノメートルオーダーの空間におけるpHを測定可能であることを示している。今回、このカルボキシ基で修飾した蛍光ダイヤモンドを用いることで、ナノメートルスケールの空間分解能でのpHのイメージングの方法を新たに考案した。T1に対して重み付けした色でピクセルを生成することで、T1強調画像を作成した。このT1強調画像を様々なpH条件下で作成したところ、カルボキシ基のpKaに対応するpH付近でT1強調画像が大きく変化した。カルボキシ基の電荷状態が中性からマイナスに変化することでT1強調画像が変化したと考えられる。実際にpHとT1強調画像が相関しているのかを定量するために、pHと蛍光強度の非線形相関係数を算出したところ0.99となった。この結果から本手法によってナノメートルスケールの空間分解能でpHを可視化できることが示された。本研究結果は、国際雑誌Chemosensorsに掲載された。

细胞内纳米量的pH值在空间上具有不同的分布。由于已知细胞pH的异常与多种疾病有关，因此如果可以看到该纳米阶pH的空间分布，则认为从很小的单个细胞样本中可以诊断出疾病的诊断。 M R I（磁共振成像）是一项可视化物理量的空间分布的技术，也用于实际的医疗环境中。但是，在常规线圈检测MRI中，空间分辨率仅限于微米的顺序。在这项研究中，通过将大约100 nm的荧光纳米符号作为检测器来实现纳米阶空间分辨率的pH传感。先前的研究表明，通过用羧基修饰荧光钻石的表面，可以通过纵向松弛时间T1的变化来测量纳米级空间中的pH。在本文中，我们设计了一种新方法，通过使用用羧基修饰的荧光钻石在纳米尺度的空间分辨率下对pH进行成像。通过生成具有T1加权颜色的像素来创建T1加权图像。当在各种pH条件下创建这种T1加权图像时，T1加权图像在与羧基PKA相对应的pH附近发生了显着变化。据信，随着羧基的电荷状态从中性变为负，T1加权图像发生了变化。为了量化pH和T1加权图像是否实际相关，将pH和荧光强度之间的非线性相关系数计算为0.99。这些结果表明，该方法允许在纳米尺度空间分辨率下可视化pH。这项研究的结果发表在国际杂志化学传感器上。