ダイヤモンド量子センサーを用いた心筋収縮制御特性の温度生理学

使用金刚石量子传感器的心肌收缩控制特性的温度生理学

基本信息

批准号：
22K15367
负责人：
石井秀弥
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institutes for Quantum 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者は、心筋収縮中の体温ひいては温度の役割に着目し、「哺乳動物の筋収縮制御はどの様に行われているか？そのとき体温はどのように利用されているか？」を解明することを目標に、心筋の筋収縮に関連するタンパク質一分子から細胞の階層にかけて、筋収縮時の温度や活動電位を計測・評価する。さらに所属機関で開発中の、温度や磁場が同時に高感度で計測出来るダイヤモンド半導体を用いた高機能センサーを用いて、その材料評価や作成技術と組み合わせることで、新たな生命現象の計測技術基盤の構築、さらに「心筋熱生理学」の創成を目指す。そこで初年度は体温における心臓ひいては骨格筋の筋収縮システムに着目して、タンパク質一分子スケールにおける筋収縮システムを精製タンパク質から再構成し、赤外光レーザーを集光し水に吸収されることで任意の位置に瞬時(1秒以内)に局所的な熱源を形成する局所加熱レーザー顕微システムを用いて解析した。心筋再構成収縮システムと骨格筋再構成収縮システムの両者における、特に体温付近での温度感受性の違いを明らかにし、各々の筋収縮システムの生理的機能における熱シグナルとの関係、その意義を見出した。その成果については国内学会にて招待講演を行い、また学会での発表を行なった。また、タンパク質レベルでの感温システムについて担当し細胞内熱シグナリングに関する解説記事を共同執筆した（大山、石井、鈴木　生物工学会誌, 2022）。

主要研究人员将重点关注体温和温度在心肌收缩过程中的作用，并阐明“哺乳动物的肌肉收缩是如何控制的？在此过程中体温是如何使用的？”以此为目标，我们将测量和评估温度。肌肉收缩期间的动作电位，范围从单个蛋白质分子到与心肌收缩相关的细胞层次结构。此外，通过使用我们附属机构目前正在开发的可同时高灵敏度测量温度和磁场的金刚石半导体高性能传感器，并将其与材料评估和生产技术相结合，我们将创造出一种新的传感器。我们的目标是进一步发展“心肌热生理学”。因此，第一年，我们重点研究了体温下心脏和骨骼肌的肌肉收缩系统，从纯化的蛋白质中重建了单蛋白质分子尺度的肌肉收缩系统，并聚焦红外激光将其吸收到水中。使用局部加热激光显微镜系统进行分析，该系统可在任何位置瞬间（1 秒内）形成局部热源。我们阐明了心肌收缩系统和骨骼肌收缩系统之间的温度敏感性差异，特别是接近体温的差异，并发现了各肌肉收缩系统的生理功能中与热信号的关系及其意义。关于这个成果，我在国内学术会议上做了特邀报告，也在学术会议上做了报告。此外，他还负责蛋白质水平的温度传感系统，并与人合着了一篇关于细胞内热信号传导的解释性文章（Oyama、Ishii 和 Suzuki，《生物工程学会杂志》，2022 年）。