フェムト秒レーザー誘起衝撃波による単一細胞の操作とナノ粒子導入法の開発

使用飞秒激光诱导冲击波的单细胞操作和纳米颗粒引入方法的开发

• 批准号: 16651067
• 负责人: 増原 宏
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16651067/
• 关键词: フェムト秒レーザー; レーザー誘起衝撃波; 動物細胞; 単一細胞操作; マイクロマニピュレーション; 細胞外マトリックス; キャビテーションバブル; 金ナノ粒子; 微粒子導入

高強度フェムト秒レーザーを細胞培養液に集光したときに生じる衝撃波の実験で得られた知見をもとに、細胞へのマイクロ粒子・糖鎖・緑色蛍光蛋白質のDNAプラスミドの導入をおこない、細胞外物質の細胞への導入を可視化することに成功した。さらに、衝撃波を利用した新しい細胞および微粒子の操作方法を確立した。1)マイクロ粒子の細胞内への導入細胞膜とマイクロ微粒子を個別の蛍光色素で染色し、フェムト秒レーザー照射前後の様子を共焦点顕微鏡により、蛍光微粒子の導入を直接的に観察することに成功した。導入の成功確立は10%以下とまだまだ低いが、衝撃波により特定の細胞に選択的にマイクロ微粒子が注入できることが示された。2)糖鎖およびDNAプラスミドの細胞内への導入細胞膜にフェムト秒レーザーを直接照射し、そこで衝撃波およびキャビテーションバブルを発生させることにより、細胞外の糖鎖およびDNAプラスミドを細胞内に導入することに成功した。細胞膜および細胞核膜は予想以上に堅牢であり、これらの膜に直接的に衝撃波が発生する強度のレーザーを照射することで初めて取り込みが起こることを明らかにした。またDNAプラスミドの導入においては、細胞膜にレーザー照射後、細胞核膜にレーザーを照射したときのみその発現がおこることが示された。このような実験は3次元的な局所領域に衝撃波が発生されることができるフェムト秒レーザーにより初めて明示されたものであり、今後細胞内での遺伝子の発現過程がより明らかになることが期待できる。3)フェムト秒レーザー誘起衝撃波を利用した細胞およびマイクロ微粒子の操作フェムト秒レーザーの集光点をガルバノミラーで走査し、マイクロ微粒子の周囲に衝撃波を発生させることにより、その斥力でマイクロ微粒子を捕捉することに成功した。この方法によりμNオーダーの力を微粒子に印加することができ、レーザートラッピングでは捕捉できない大きな微粒子は細胞を補捉するための技術確立に至った。

High strength フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー を に cell cultures of concentrated し た と き に raw じ る blunt shock wave の be 験 で have ら れ た knowledge を も と に, cell へ の マ イ ク ロ particles, sugar lock, green 蛍 light protein の DNA プ ラ ス ミ ド の import を お こ な い, extracellular material の cell へ の import を visualization す る こ と に successful し た. Youdaoplaceholder0 and shock wave を establish <s:1> た by using the <s:1> た new および cell および microparticle <s:1> operation method を. 1) マ イ ク ロ particle の intracellular へ の import cell membrane と マ イ ク ロ を individual particles の 蛍 で pigment dyeing し, light フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー before and after irradiation の others child を total focus 顕 micromirror に よ り 蛍 light particles の import を direct に 観 examine す る こ と に successful し た. Import の successfully establish は below 10% と ま だ ま low だ い が, strong shock wave に よ り specific の cells に sentaku of に マ イ ク ロ particles が injection で き る こ と が shown さ れ た. 2) sugar lock お よ び DNA プ ラ ス ミ ド の intracellular へ の import cell membrane に フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー を direct illuminate し, そ こ で blunt shock wave お よ び キ ャ ビ テ ー シ ョ ン バ ブ ル を 発 raw さ せ る こ と に よ り, extracellular の sugar lock お よ び DNA プ ラ ス ミ ド を intracellular に import す る こ と に successful し た. Cell membrane お よ び cell nuclear membrane は to think above に fast で あ り, こ れ ら の membrane に direct に blunt shock wave が 発 raw す る strength の レ ー ザ ー を irradiation す る こ と で early め て take り 込 み が up こ る こ と を Ming ら か に し た. ま た DNA プ ラ ス ミ ド の import に お い て は, cell membrane に レ ー ザ ー after irradiation, the cell nuclear membrane に レ ー ザ ー を irradiation し た と き の み そ の 発 now が お こ る こ と が shown さ れ た. こ の よ う な be 験 は 3rd dimensional な bureau field に blunt shock wave が 発 raw さ れ る こ と が で き る フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー に よ り early め て express さ れ た も の で あ り, the next cell で の heritage 伝 son の 発 now process が よ り Ming ら か に な る こ と が expect で き る. 3) フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー rushed shock wave induced を using し た cells お よ び マ イ ク ロ particles の operation フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー の set points を ガ ル バ ノ ミ ラ ー で walkthrough し, マ イ ク ロ particles の weeks 囲 に blunt shock wave を 発 raw さ せ る こ と に よ り, そ の repulsion で マ イ ク ロ particles を capture す る こ と に successful し た. こ の way に よ り mu N オ ー ダ ー の force を particles に Inca す る こ と が で き, レ ー ザ ー ト ラ ッ ピ ン グ で は capture で き な い big き な particles を は cells to catch す る た め の technology to establish に っ た.

项目成果

Spatial Light Modulating and Multi-trapping with a DMD

使用 DMD 进行空间光调制和多重捕获

• 发表时间: 2007
• 期刊: Modem Physics Letters B 21
• 作者: Yuqiang Jiang;Isamu Oh;Yoshikata Matsumoto;Yoichiroh Hosokawa;Hiroshi Masuhara
• 通讯作者: Hiroshi Masuhara

Non-destructive Micro-patterning of Protein Crystals by Focused Femtosecond Laser

通过聚焦飞秒激光对蛋白质晶体进行无损微图案化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. SPIE 6108
• 作者: Yoichiroh Hosokawa;Takahiro Kaji;Yuji Hiraki;Hajime Mori;Hirosi Masuhara
• 通讯作者: Hirosi Masuhara

フェムト秒レーザーが可能とする細胞内加工とそのイメージング(バイオプロセスハンドブック(分担執筆))

飞秒激光实现的细胞内处理及其成像（生物过程手册（合著者））

• 发表时间: 2007
• 作者: 細川陽一郎;安国良平;増原宏
• 通讯作者: 増原宏

Nondestructive isolation of single cultured animal cells by femtosecond laser-induced shockwave

• DOI: 10.1007/s00339-004-2823-7
• 发表时间: 2004-09-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING
• 影响因子: 2.7
• 作者: Hosokawa, Y;Takabayashi, H;Masuhara, H
• 通讯作者: Masuhara, H

ソフトマテリアルのフェムト秒レーザー加工-レーザーアブレーションのメカニズムと加工への応用-

飞秒激光软材料加工-激光烧蚀机理及其在加工中的应用-

• 发表时间: 2005
• 期刊: 光アライアンス (In press)
• 作者: 細川陽一郎;増原 宏
• 通讯作者: 増原 宏