熱パルス照射を用いた心筋収縮増強デバイスの基盤技術の開発

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本研究の目標は、「局所熱パルス照射」による心筋収縮力増強法の基盤技術を開発することである。すなわち、in vivoマウス心臓に赤外光（IR）レーザーを照射し、心筋細胞内の収縮装置であるサルコメアの収縮・弛緩を直接的に制御する。申請者らは、2021年度、in vivoマウス心筋細胞内の筋原線維のZ線にGFPを発現させ、「サルコメア運動の同調性」が心筋収縮力を制御していることを見出している（J Gen Phyiol 2021）。2022年度、マウスin vivo心筋細胞におけるサルコメアと細胞内Caの同時計測システムを開発した。すなわち、Z線に局在するACTN2に、Caセンサー蛍光タンパク質GCaMPを融合したアデノウイルスベクター「Ad-α-ACTN2-GCaMP」と橙色蛍光タンパク質を融合した「Ad-α-ACTN2-TagRFP」を心筋細胞に発現させる最適条件の検討を行った。マウスin vivo心筋細胞における細胞内Caとサルコメアを同時に計測することによって、「サルコメア運動の同調性」が加温によってどのように変化するのか、その詳細を明らかにすることができるものと期待される。これと並行し、時期特異的α-ACTN2-AcGFノックイン（KI）マウスの作製に着手した。また、本研究の土台となっている「細胞熱・力学」の観点から、悪性高熱症（MH）について検討した。すなわち、骨格筋の筋小胞体に発現するCaチャネルであるリアノジン受容体に 遺伝的な変異が入ると、加温によってチャネルが開口することで細胞内にCaが放出され、細胞内の局所温度が上昇するという新しい現象を発見した（熱誘発性Ca放出）。また、MHモデルマウスの骨格筋細胞のCa動態とサルコメアの短縮を明らかにし、吸入麻酔薬の投与によってMHモデルマウスの骨格筋の温度が上昇することを単一細胞レベルで可視化することに成功した。