田中求 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）特定拠点教授、金子真 大阪大学教授、新井史人 名古屋大学センター長らの研究グループは、ハイデルベルグ大学物理化学研究所と共同で、ヒト赤血球細胞への変形負荷の時間を精密制御することで、細胞内部の細胞骨格が負荷に応じて再構成する新たな時間スケールを発見しました。変形負荷を制御し計測する手法を確立したことで、敗血症（細菌が血液中に感染することに起因する重篤な全身性炎症）因子など血液疾患による細胞応答の異常化を力学的に診断できる可能性を示しました。
本研究成果は、2017年2月24日に英国の科学誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究成果により、赤血球细胞の変形能を担う细胞骨格の再构成メカニズムと、健康な血液循环を维持している生命原理?机构の一端が明らかになりました。今后は、败血症や水肾症、マラリアなどといった血液の関係するさまざまな病気で见られる赤血球の変形能异常を、高速かつ定量的に検出できる新しい力学的诊断法に応用が期待されます。
本研究成果のポイント
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マイクロ流路の中で细胞を超高速?超精密に操作し、ヒト赤血球の细胞変形能を担う细胞骨格が缓和する新たな时定数（注目している现象に特徴的な时间スケール）を発见。败血症による细胞変形能の异常との関わりも明らかに
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これまでマイクロ流路内での自由な细胞操作は难しく、细胞の変形时间に対する応答を网罗的に调べることは不可能であったが、ロボットポンプを活用して変形负荷の制御と変形の高速计测を実现
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细胞骨格再构筑の基础学理への理解が深まったとともに、血液疾患の迅速な物理学的诊断が可能に
概要
赤血球は毛细血管や臓器の中で无数の変形を繰り返しながら全身を巡ります。これまでに、毛细血管を模したマイクロ流路を用いてその変形能を评価する试みは数多くありましたが、微小な流路トンネルの内部で赤血球への変形负荷强度を制御し、毛细血管内での负荷を精密にモデル化することは、技术的に难しい课题でした。
そこで本研究グループは、独自开発のロボットポンプをマイクロ流路と组み合わせ、マイクロ流路の中での超高速?超精密な细胞操作を可能にしました。その结果、これまでアプローチが难しかった时间スケールで细胞が可塑的に変形能を変えていること、また败血症を引き起こす毒素の影响が细胞の変形応答から検出可能であることを発见しました。これにより、新たな时间スケールの细胞动作原理が明らかになっただけでなく、血液の関わる病気の「力学的诊断法」の确立に向けた新展开が期待されます。
図：ロボットポンプを接続したマイクロ流路
高速カメラと高速アクチュエータが连动し、流路内を流れる赤血球を操作する。流路中に设けた狭窄部内に细胞を任意の时间とどめることで毛细血管内でのストレスを正确にモデル化できる。
详しい研究内容について
书誌情报
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Hiroaki Ito, Ryo Murakami, Shinya Sakuma, Chia-Hung Dylan Tsai, Thomas Gutsmann, Klaus Brandenburg, Johannes M. B. P?schl, Fumihito Arai, Makoto Kaneko & Motomu Tanaka. (2017). Mechanical diagnosis of human erythrocytes by ultra-high speed manipulation unraveled critical time window for global cytoskeletal remodeling. Scientific Reports, 7:43134.
