量子科学技術研究開発機構学術機関リポジトリ

〇小西輝昭１,２、小林亜利紗１,2、大澤大輔１、劉　翠華１,2、廣山陽太１,3、及川将一１,2
1.量研・量子生命科学領域・シングルセル応答解析グループ
2.量研・放射線医学総合研究所
3.弘前大学・保健学研究科

生命の最小単位である細胞は、多種多様なストレスにさらされながらも、自らが生存するための傑出したシステムを有している。細胞の生存戦略の解明は、生命科学における命題と言える。我々はあらゆる先端的な量子科学技術を駆使し、この生存戦略の解明を目標としており、その中で有効なツールとしてマイクロビームがある。
マイクロビーム細胞照射装置のアドバンテージは、単一細胞レベルでの照準、照射、照射前後の細胞観察・追跡が可能なことである。我々が開発したSPICE-NIRSマイクロビーム（SPICE）は、3.4MeVの陽子線を直径2μｍ以下に集束し、培養細胞の細胞核のみならず細胞核・質の打ち分け、そして、細胞核内複数個所への照射を毎分４００細胞（箇所）の高速性で可能である。照射粒子数も陽子1個から任意に数まで設定可能である。我々は、世界トップレベルのマイクロビーム細胞照射装置を実現している。
SPICEは、上記の性能によって、マイクロメーターの高分解能で損傷領域と量を選択的かつ限定的に誘発することが可能であり、また、その陽子線による物理・化学的な作用をマイクロ秒の時間分解能で制御するできる。つまり、高分解能に時空間制御が可能なストレストリガーであり、このような特性は、シングルセルバイオロジー分野において大きなアドバンテージと言える。我々は、本装置を活用し、細胞核（DNA）のみ、細胞質のみ、またはその両方へマイクロビーム照射することによって、細胞内空間分布に対する防御的な細胞応答の解析を行っている。
一方で、細胞の生存戦略には、細胞集団的な防御機構が働いている。これまでに放射線がん治療の基礎研究としてヒトがん細胞・正常細胞間（異種細胞間）における放射線誘発双方向シグナリングの研究を行ってきた。これは、がん患部とその周辺組織をがん細胞と正常細胞が混在する培養細胞の系で模擬し、がん細胞のみにマイクロビーム照射することで、照射がん・非照射正常細胞間における細胞間双方向シグナリングの解析を行い、照射細胞から非照射細胞へシグナル因子が伝播する放射線誘発バイスタンダー効果、またはその逆のレスキュー効果のメカニズムの解明を目的としている。
本発表では、SPICE-NIRS マイクロビームの装置概要ならびに最新の研究成果について紹介する。

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量子生命科学会第2回大会

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2020-12-24

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先端量子科学技術マイクロビームを活用したシングルセルバイオロジー

× 小西, 輝昭

× 小林, 亜利紗

× 大澤, 大輔

× 劉, 翠華

× 廣山, 陽太

× 及川, 将一

× Konishi, Teruaki

× Kobayashi, Alisa

× Ohsawa, Daisuke

× Liu, Cuihua

× Hiroyama, Yota

× Oikawa, Masakazu

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