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細胞膜は細胞内外を隔てる脂質二重層や膜タンパク質、糖鎖などで構成されるバリアです。細胞膜は単なる隔壁としての静的構造物ではなく、細胞外物質との相互作用やエンドサイトーシスによる物質の取り込みなどを司る、細胞のホメオスタシスに必須の動的素子でもあります。
原子間力顕微鏡(atomic force microscopy, AFM)は、先端を尖らせた探針が観察対象の表面を走査し、針が感じる原子間力を電気信号に変えることで、試料表面の形状を観察する顕微鏡です。ナノメートル以下の観察精度(分解能)を誇りますが、従来のAFMでは、柔らかい生きた細胞の表面を観察することは不可能でした。
当研究室では、従来型のAFMを改良し、探針の動きが高速、かつ、生きた細胞の観察用に特化した「高速原子間力顕微鏡(高速AFM)」を開発しました。高速AFMを用いて、これまで光学顕微鏡では「点」としてしか認識されてこなかった、生きた細胞表面の膜上の微小な領域を観察することに初めて成功しています。たとえば、エンドサイトーシス(細胞外物質の細胞への取り込み)が生じるのは細胞膜のうち限られた領域であることを発見しました。インフルエンザウイルスが細胞に取り込まれる瞬間の映像も、世界で初めて捉えています。このような未知の細胞膜動態に関わる現象を見出すとともに、そのメカニズムの解明を進めています。