非熱揺らぎによる高濃度コロイド懸濁液系の流動化メカニズム解明

非热波动阐明高浓度胶体悬浮液体系的流化机理

基本信息

批准号：
22K03552
负责人：
江端宏之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

生細胞の細胞質はタンパク質などのコロイド成分がガラス化するほど高濃度に詰まっているが、流動的である。これは、代謝活動に伴う生体高分子のアクティブな力生成により、細胞質が非熱的に揺らぐためであると考えられている。しかし、細胞質を含む高密度粒子系において、ミクロな非熱的揺らぎが流動性（レオロジー）を制御するメカニズムは明らかでない。本研究では、パラメーターの制御の容易な高濃度コロイド懸濁液をモデル系とし、非熱揺らぎによる高密度粒子系の流動化メカニズムを明らかにすることを目指す。本年度はまず、ガラス転移点に近い濃厚コロイド懸濁液のレオロジー測定と画像解析を行った。高濃度コロイド懸濁液のマイクロレオロジー測定では、音響光学偏向器とピエゾステージによる2重のフィードバック機構を用いることで、粒子に高精度で長時間一定の力を加えながら定常せん断粘度測定を行った。また、画像解析により濃厚コロイド懸濁液の構成粒子の画像の時間変化から、中間散乱関数と動的感受率を計算する手法を開発した。さらに本研究では比較のため、薬剤を用いて細胞骨格を阻害した細胞や代謝を抑制した細胞の細胞質粘弾性についても測定を行った。その結果、通常の細胞質は流動性を保っており、ジャミング転移点近傍の濃厚粒子系特有の粘弾性の周波数依存性を示すことが分かった。一方で、薬剤により代謝活動がほぼ停止し非熱揺らぎが小さくなった細胞は、低周波で固体的に振る舞うことが分かった。これは代謝による非熱揺らぎにより細胞質が特に低周波領域で流動化していることを示唆している。また、細胞骨格阻害は細胞質の粘弾性にほぼ影響を与えず、非熱揺らぎの大きさと粘弾性の大きさの間に負の相関があることが分かってきている。

活细胞的细胞质在高浓度下被堵塞，胶体成分（例如蛋白质）变成玻璃成玻璃，但是液体。这被认为是由于与代谢活性相关的生物聚合物的活性作用，导致细胞原质在非热中波动。但是，在含有细胞质的高密度颗粒中，微观波动控制流动性（LEOLOGY）的机制尚不清楚。在这项研究中，我们旨在使用高浓度的Coloid悬浮液（易于控制参数）阐明由于未加热的波动而引起的高密度颗粒系统的流体机制。今年，进行了接近玻璃传递点的富胶体悬浮液的验证测量和图像分析。在高浓度液体悬浮液的微学位测量中，悬浮液是通过通过声学光偏置和压电阶段使用双反馈机制进行的，并在很长一段时间内将恒定力施加到粒子上。此外，图像分析开发了一种计算中间散射函数和动态灵敏度速率的方法，从富胶体悬浮液的组成粒子的图像的时间变化开始。此外，为了进行比较，还测量了抑制细胞骨骼和代谢的细胞在本研究中进行比较。结果，发现正常的细胞肿瘤保持流动性，并显示出富含颗粒系统的独特双粒子频率依赖性。另一方面，发现其代谢活性的细胞几乎被药物阻止了，并且在低频中降低了不加热的波动。这表明，由于新陈代谢引起的不加热波动，细胞质在低频率下流体流动。另外，细胞骨骼抑制几乎对细胞质的双孔不影响，并且已发现非热的大小与双色的大小之间存在负相关性。