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ネットジャーナル25

細胞の「力」を精密に計測する手法を開発
工学的な視点から生命の謎に迫る

写真:博士(理学)岡嶋 孝治 教授

情報科学研究科 生命人間情報科学専攻 
生体システム講座 細胞情報工学研究室・教授
博士(理学) 岡嶋 孝治

プロフィール

1993年、東京工業大学理工学研究科物理学専攻修士課程修了。 1995年10月〜1999年3月、東京工業大学生命理工学部助手。1999年4月〜2003年3月、東京工業大学大学院生命理工学研究科助手。その間、シアフォース顕微鏡の研究、ゲルの相転移現象に関する研究、原子間力顕微鏡によるタンパク質1分子計測・イメージングの研究に従事。2003年4月〜2007年3月、北海道大学電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター助教授。2007年4月〜2013年4月、北海道大学大学院情報科学研究科准教授。2013年5月より現職。

細胞は「力」を感じて生きている

――細胞情報工学研究室ではどのような研究をしているのですか。

岡嶋 様々な顕微鏡技術を使った細胞の研究をしていますが、その1つが、走査プローブ顕微鏡を使った研究です。走査プローブ顕微鏡とは、鋭くとがった探針(プローブ)をサンプルの表面に近づけることによって生じる局所的な物理現象を利用した顕微鏡の総称で、私たちの研究室では原子間力顕微鏡(AFM)やイオンコンダクタンス顕微鏡を使って細胞内部や細胞表面の性質を調べています。

本研究室の特徴は、細胞を工学の立場からアプローチし、医療やバイオ工学への応用を目指している点です。細胞はそれ自身が力を発したり、周囲からの力を感じて形状や構造が変化することが知られていますが、この10年程の計測技術の急速な進歩で、その細胞の詳しい様子がわかってきました。細胞の持つさまざまな機能は、細胞の持つ「力」や「硬さ」と密接に関係していて、その力学作用の解明が、細胞機能を理解するうえで非常に重要であると考えられています。力学的な性質から、正常細胞とがん細胞を見分けることもできるのではないかと期待されています。私たちは、こうした医療分野への応用を視野に入れながらさまざまな研究を行っています。

――細胞の持つ「力」の計測とはどのように行うのですか。

岡嶋 細胞は、形状を維持する弾性と変形流動する粘性の性質を併せ持つ粘弾性体です。細胞内部には核や細胞骨格などさまざまな細胞内小器官が存在し、これらが不均質に複雑に絡み合っているため、細胞の粘弾性の特徴を定義することは簡単ではありません。私たちは、細胞内小器官の個々の要素には立ち入らず、その要素を粗視化したスケールの力学物性に着目しています。細胞を建造物に例えると、建築資材そのものではなく、設計の仕方に依存する構造や強度などの性質を探索するということです。

原子間力顕微鏡はこうした細胞全体の粘弾性を計測するのに適した技術で、ひとつひとつの細胞に加えた力と変形量を直接計測することができます。

また、一個の細胞だけでなく、多数の細胞をマイクロ加工基板上に高密度に充填して測定を行う手法(解説1)も取り入れています。たくさんの細胞を一気に測定することで細胞の力学的性質を統計的にとらえることができます。なぜ統計的な計測が必要かというと、細胞には「個性」があり、その個性のばらつきを知ることで、細胞本来の性質を特定することができると考えているからです。

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