機能化した金属ナノ粒子を用いたミトコンドリア内部の環境・分子イメージング

使用功能化金属纳米粒子对线粒体内部进行环境和分子成像

• 批准号: 22K14574
• 负责人: 畔堂 一樹
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14574/
• 关键词: ナノ粒子; ラマン散乱; 分光; 顕微鏡; 細胞

細胞内の内部の環境や、生体分子などの複数の指標を同時に、且つ、継時的に観察する手法の確立を目的とする。細胞内部のラマン散乱イメージングが観察可能な顕微ラマン装置の開発を行う。ラマン散乱は無標織、低侵襲性を有することから、バイオ分野での活用が期待されている。しかしながら、ラマン散乱光はその微弱さが課題であった。そこで、微弱なラマン散乱の信号を増強し、時間分解能を向上させるために金属ナノ粒子をプローブとして用いる。ナノ粒子近傍に強い光の増強場を形成することでラマン散乱光を増強することができる。この現象を細胞内部のイメージングに応用する。金属ナノ粒子を細胞内に局在化させるために修飾・機能化し、細胞内部の環境や、生体分子をモニタリングするためのナノプローブを作成する。細胞へのストレスや環境変化を加えて内部のpHの変化や、生成物をラマン分光法でモニタリングする。得られる多次元のデータを多変量解析し、定量評価を行う。ラマン散乱は生きたまま細胞の状態や環境を把握することができる。また、金属名の粒子を用いた増強効果により、タイムラプス計測も可能になる。細胞内のダイナミクスを生きたまま追うことができるようになり、創薬などの基礎研究での活用が期待できる。初年度は顕微開発装置の開発及び、その評価を行った。ライン照明型の顕微観察装置を開発し、基盤に固定した金属ナノ粒子を用いてイメージング特性の評価を行った。また、金属ナノ粒子にらまんスペクトルにおいてpH依存性のある小分子を修飾し、周囲のpH環境に応じてピークの応答を観察した。

目的是建立一种同时、随时间观察细胞内环境、生物分子等多种指标的方法。我们将开发一种显微拉曼装置，可以观察细胞内部的拉曼散射成像。由于拉曼散射无标记、微创，有望应用于生物领域。然而，拉曼散射光的弱点一直是一个问题。因此，金属纳米颗粒被用作探针来增强微弱的拉曼散射信号并提高时间分辨率。拉曼散射光可以通过在纳米颗粒附近形成强光增强场来增强。我们将把这种现象应用于细胞内部成像。我们对金属纳米粒子进行修饰和功能化，将其定位在细胞内，并创建纳米探针来监测细胞和生物分子内的环境。当细胞受到压力或环境变化时，使用拉曼光谱监测内部 pH 值和产物的变化。对获得的多维数据进行多元分析并进行定量评价。拉曼散射使我们能够了解活细胞的状态和环境。此外，由于金属颗粒的增强效果，也可以进行延时测量。现在可以在细胞存活时追踪细胞内动态，并有望用于药物发现等基础研究。第一年，我们开发了显微镜开发设备并对其进行了评估。我们开发了线照明型显微观察装置，并使用固定在基板上的金属纳米粒子评估了其成像特性。此外，我们在金属纳米粒子的拉曼光谱中修饰了具有 pH 依赖性的小分子，并观察到取决于周围 pH 环境的峰值响应。