細胞膜界面での形状・化学物質濃度変化を可視化する高速ナノ電気化学顕微鏡の創成

細胞膜表面におけるナノスケール動態が、細胞機能を発揮する上で非常に重要であることが知られている。電気化学顕微鏡の一種である走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）は、ナノスケールの空間分解能を持ち、非接触かつ非標識で表面形状を可視化できる顕微鏡技術である。研究代表者が過去に開発した高速SICMは、従来では断片的な手法により観察されていたエンドサイトーシスや微絨毛などの動態を明らかにした。しかし、より深い細胞現象の理解には、局所領域の形状だけでなく化学動態も同時に追跡することが望ましい。本研究は、細胞のナノ形状と化学物質の動態を同時追跡できる高速ナノ電気化学顕微鏡を創製し、細胞機能の解析を目標としている。本年度は、前年度に完成した高速SICMと共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）の複合装置を用い、引き続き膜透過性ペプチドに起因する形態変化を可視化した。膜透過性ペプチドは、細胞膜を透過できない分子を効率的に細胞内に導入することが出来、ドラックデリバリーなどの分野で注目されている。しかし、流入機構の詳細は議論が続いており、膜界面での詳細な動態観察が求められている。そこで、SICMとCLSMの複合装置を用いて流入点における形態変化を直接観察した。その結果、ブレブの形成とペプチド流入の関係性や、ブレブ近傍に陥入構造か形成され、ペプチド流入と強く相関関係を示すことを測定できた。以上の様に、本研究によって表題でもある、細胞膜界面での形状・化学物質動態を可視化できる装置開発に成功し、細胞機能の理解に重要な知見の獲得にも成功した。

細胞膜表面におけるナノスケール動態が、細胞機能を発揮する上で非常に重要であることが知られている。電気化学顕微鏡の一種である走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）は、ナノスケールの空間分解能を持ち、非接触かつ非標識で表面形状を可視化できる顕微鏡技術である。研究代表者が過去に開発した高速SICMは、従来では断片的な手法により観察されていたエンドサイトーシスや微絨毛などの動態を明らかにした。しかし、より深い細胞現象の理解には、局所領域の形状だけでなく化学動態も同時に追跡することが望ましい。本研究は、細胞のナノ形状と化学物質の動態を同時追跡できる高速ナノ電気化学顕微鏡を創製し、細胞機能の解析を目標としている。本年度は、前年度に完成した高速SICMと共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）の複合装置を用い、引き続き膜透過性ペプチドに起因する形態変化を可視化した。膜透過性ペプチドは、細胞膜を透過できない分子を効率的に細胞内に導入することが出来、ドラックデリバリーなどの分野で注目されている。しかし、流入機構の詳細は議論が続いており、膜界面での詳細な動態観察が求められている。そこで、SICMとCLSMの複合装置を用いて流入点における形態変化を直接観察した。その結果、ブレブの形成とペプチド流入の関係性や、ブレブ近傍に陥入構造か形成され、ペプチド流入と強く相関関係を示すことを測定できた。以上の様に、本研究によって表題でもある、細胞膜界面での形状・化学物質動態を可視化できる装置開発に成功し、細胞機能の理解に重要な知見の獲得にも成功した。