心臓のミクロ熱力学：局所熱パルス法を用いた心臓の機能制御と熱物性測定

心脏微热力学：使用局部热脉冲法控制心脏功能和热物理性质测量

• 批准号: 15J10205
• 负责人: 大山 廣太郎
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Jikei University School of Medicine
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J10205/
• 关键词: 心筋細胞; サルコメア; 蛍光イメージング; 温度計測; 熱パルス; 心臓

本研究では心臓のイメージング手法と局所加熱法を組み合わせることで、細胞内Ca2+変化を伴わない心筋細胞の加熱収縮を生きたマウス内心臓で誘発し、心臓機能を熱的に制御する新たな手法の構築を目指す。そのために、心筋細胞のミクロ情報（収縮や細胞内Ca2+変化）を高時空間分解能でイメージング・解析するとともに、マクロ情報（心電図・心内圧）も同時に計測し、赤外光による心臓の局所加熱の影響を単一細胞レベルから心臓まで異なる階層で評価する。最終年度となる2017年度では、主に以下の研究を遂行した。①これまで開発してきた生きたマウス内心臓を局所加熱する顕微技術を用いて、心臓のマクロ機能（心内圧）の向上を試みた。水に吸収されやすい赤外光（波長1455nm）を心臓の任意の位置に集光し、局所加熱した。加熱のタイミングは心拍に同期または任意の遅延時間をもって制御することができる。照射部位や照射範囲、加熱時間や心拍との遅延時間を変化させたが、これまでのところ心臓のマクロ機能の向上は見られなかった。②2016年度に開発した心筋細胞の局所温度計測法を用いて、心筋細胞の拍動に伴う発熱計測を行った。具体的には、単一心筋細胞に蛍光温度計色素を導入する手法や、細胞外から２次元温度分布を可視化する手法を構築し、電気刺激による拍動時の細胞の温度変化検出を試みた。特に後者の計測法においては、データを積算することで測定誤差を0.1℃より小さくすることができたが、これまでのところ拍動に伴う顕著な温度上昇は検出されなかった。

In this study, the heart of the heart was treated with the local heating method, the combination of the heat, and the intracellular Ca2+ change. The heating and shrinkage of tendon cells results in the creation of the inner core and the control of the heat in the inner core function.そのために、cardiac cell のミクロinformation (contraction and intracellular Ca2+ change) をhigh temporal and spatial resolution ability でイメージング・ANALYSIS するとともに、マクロ情Reports (ECG and intracardiac pressure) are measured at the same time, and the influence of the heating of the heart by infrared light is measured on single cells and the different levels of the heart are evaluated. In the final year of 2017, we will conduct the following research. ①これまで开発してきた生きたマウス心瓓を热する鍕The use of micro-technology and the improvement of the functions of the heart (heart pressure) are tested. Water absorbs infrared light (wavelength 1455nm), concentrates the light at any location, and heats it locally. Heating is done at the same time, the heart beats at the same time, the time is extended at will, and the time is controlled at the same time. The irradiation area is the irradiation area, the heating time is the heart beat, the extension time is the time to change the irradiation area, and the heating time is the irradiation range.が、これまでのところ心臓のマクロfunctionの上は见られなかった. ②In 2016, the local thermometer method of cardiac cells was opened and the cardiac cells were beat and the thermometer was measured. Specific details: single-cell cells, light thermometer, pigment introduction, extracellular 2-dimensional temperature Distribution visualization, construction, and electrostimulation, cell temperature change during beating, and testing. Special measurement method of the latter is the measurement method, and the measurement error is 0.1℃, and the total calculation method is 0.1℃. The temperature rises when the temperature rises and the temperature rises.

项目成果

SIMULTANEOUS HIGH-PRECISION IMAGING OF LOCAL CALCIUM AND SINGLE SARCOMERE LENGTH IN RAT NEONATAL CARDIOMYOCYTES VIA EXPRESSION OF YELLOW CAMELEON-NANO140 IN Z-DISCS

通过在 Z 盘中表达 YELLOW CAMELEON-NANO140 对大鼠新生心肌细胞中的局部钙和单肌节长度进行同步高精度成像

• 发表时间: 2016
• 作者: Seiichi Tsukamoto;Kotaro Oyama;Teruyuki Fujii;Fuyu Kobirumaki-Shimozawa;Togo Shimozawa;Seine A. Shintani;Shin’ichi Ishiwata;Norio Fukuda
• 通讯作者: Norio Fukuda

ラット幼若心筋細胞のZ線におけるYellow Cameleon-Nano140融合α-actinin発現を用いたサルコメア動態と局所的カルシウムの同時観測

使用 Yellow Chameleon-Nano140 融合 α-辅肌动蛋白在幼鼠心肌细胞 Z 系中的表达同时观察肌节动态和局部钙

• 发表时间: 2017
• 作者: Y.Makino;Y.Furuyama;S.Inoue and H. Shinoda;塚本 精一，大山 廣太郎，藤井 輝之，小比類巻 生，石渡 信一，福田 紀男
• 通讯作者: 塚本 精一，大山 廣太郎，藤井 輝之，小比類巻 生，石渡 信一，福田 紀男

Nano-imaging of the beating mouse heart in vivo: Importance of sarcomere dynamics, as opposed to sarcomere length per se, in the regulation of cardiac function.

• DOI: 10.1085/jgp.201511484
• 发表时间: 2016-01
• 期刊: The Journal of general physiology
• 作者: Kobirumaki-Shimozawa F;Oyama K;Shimozawa T;Mizuno A;Ohki T;Terui T;Minamisawa S;Ishiwata S;Fukuda N
• 通讯作者: Fukuda N

In vivoナノイメージングによる心筋収縮の可視化と熱による制御

通过体内纳米成像实现心肌收缩的可视化和热控制

• 发表时间: 2016
• 作者: Kotaro Oyama;Fuyu Kobirumaki;Togo Shimozawa ;Norio Fukuda
• 通讯作者: Norio Fukuda

Regulation of cellular functions by microscopic heat pulses

通过微观热脉冲调节细胞功能

• 发表时间: 2015
• 作者: Kotaro Oyama;Madoka Suzuki;Shin’ichi Ishiwata
• 通讯作者: Shin’ichi Ishiwata