Super-resolution live-cell imaging of cell-attached nanointerface using LSPR sheets

使用 LSPR 片对细胞附着的纳米界面进行超分辨率活细胞成像

基本信息

批准号：
19H05627
负责人：
玉田薫
金额：
$ 124.05万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-26 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

課題１では、蛍光増強効果を利用した細胞観察により適したプラズモンナノシートの作製に向けて、ナノディスク（円盤状粒子）の合成に注力した。具体的には、昨年度開発した水－ブタノール混合溶媒系での界面での微粒子自己組織化現象を利用した円形銀ナノプレートの自己組織化と、超薄円盤状金ナノ粒子の温度応答性自己集合化に成功した。新たにEmpty liquid相（電場増強効果はあるが異常透明性を示す金属微粒子からなるネットワーク構造）を発見した。課題２では、細胞の接着・伸展における細胞骨格アクチンの動態がプラズモンシート上でより鮮明に観察できることを確認し、これにより正常・がんまたはがんの悪性度を接着界面でのアクチン分布パターンにより識別することに成功した。さらに細胞接着ナノ界面の機械的変形特性の検知によるがん細胞の診断を試み、これに成功した。細胞膜糖衣の厚みはがん細胞において厚く、糖衣近傍は局所的にpHが低下する。これに着目し、細胞膜近傍の局所pH分布をpH応答性蛍光分子固定化基板上で蛍光イメージングすることで、がん細胞と正常細胞の判別をした。課題３では、次年度の最終年に向けて、機械学習専用の計算機機材を導入し、シート上での高解像度蛍光観察データを用いた機械学習による細胞自動診断法の開発に着手した。pH変化によるがん細胞の診断についても、得られた細胞接着界面の蛍光観察像をpH分布に変換表示する画像処理アルゴリズムを開発することで、細胞膜糖衣の界面おける垂直変形性を診断情報として取り出すスキームを開発した。一方で、ペロブスカイト量子ドットを使ったイメージング法の開拓に向けて、スピンコートによる粒子単層膜の作製法を確立した。ペロブスカイト粒子を用いた国際共同研究では、Tammプラズモン上にペロブスカイト量子ドット単層膜を配置した構造からの発光特性について論文にまとめた。

在任务1中，我们重点关注纳米圆盘（圆盘状颗粒）的合成，以创建更适合利用荧光增强效应进行细胞观察的等离子体纳米片。具体来说，我们将重点研究去年开发的水-丁醇混合溶剂体系中利用界面颗粒自组装现象的圆形银纳米片的自组装，以及超薄圆盘的温度响应自组装。成功地形成了形状的金纳米粒子。我们新发现了一种空液相（一种由细小金属颗粒组成的网络结构，具有电场增强作用，但表现出不同寻常的透明度）。在任务2中，我们证实，在细胞粘附和扩散过程中细胞骨架肌动蛋白的动态可以在等离子体片上更清晰地观察到，这使我们能够确定正常、癌性还是恶性癌症是由肌动蛋白在细胞表面的分布模式决定的。粘合界面成功识别。此外，他们尝试通过检测细胞粘附纳米界面的机械变形特性来诊断癌细胞，并取得了成功。癌细胞的细胞膜糖萼较厚，糖萼附近的pH值局部降低。针对这一点，我们在固定有 pH 响应荧光分子的基质上对细胞膜附近的局部 pH 分布进行荧光成像，以区分癌细胞和正常细胞。对于主题3，在项目的最后一年，我们引入了专用于机器学习的计算机设备，并开始开发一种使用机器学习的自动细胞诊断方法，该方法使用纸张上的高分辨率荧光观察数据。关于基于pH变化的癌细胞诊断，通过开发图像处理算法，将获得的细胞粘附界面的荧光观察图像转换并显示为pH分布，我们可以提取细胞膜糖萼界面的垂直变形能力作为诊断信息制定了一个计划。另一方面，为了开发使用钙钛矿量子点的成像方法，我们建立了一种通过旋涂制备单层粒子的方法。在一项使用钙钛矿粒子的国际联合研究中，一篇论文总结了将单层钙钛矿量子点放置在塔姆等离子体激元上的结构的发射特性。