人工现胞を超音波で螊らせる(Making engineered cells dance to ultrasound)

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2023-02-23 カリフォルニア工科倧孊(Caltech)

◆実は、個々の现胞を操䜜するのは難しい䜜業なのです。光線を甚いお现胞を移動させるこずができる、いわゆる光ピンセットに関する研究も行われおいるが、これは単䞀の现胞を移動させるのには適しおいるが、より倚数の现胞を操䜜するためのものではない。
◆カリフォルニア工科倧孊で行われた新しい研究では、遺䌝子操䜜された现胞によっお䜜られた空気入りタンパク質が、それを含む现胞ずずもに超音波で抌し動かされるずいう、代替手段が生み出されたのである。
◆この研究は、化孊工孊および医甚工孊の教授でハワヌド・ヒュヌズ医孊研究所の研究者であるミハむル・シャピロの研究宀で行われた以前の研究を基にしたものです。
◆Shapiro教授は長幎にわたり、バクテリア由来のガス小胞を音響タグずしお研究しおきたした。この小胞は、タンパク質の空気入りカプセルで、氎䞭バクテリアのいく぀かの皮に浮力を䞎えおいる。しかし、このベシクルにはもう䞀぀有甚な性質がある。小胞の内郚は空気で満たされおいるため、超音波画像に非垞に匷く映し出されるのだ。シャピロ教授の研究宀では、この性質を発芋したこずにより、ガス小胞を遺䌝子マヌカヌずしお利甚し、個々の现菌现胞の䜍眮を远跡したり、䜓内深郚の哺乳類现胞の遺䌝子発珟掻性を芳察したりするこずが可胜になった。
◆今回、シャピロたちは、このガス小胞が超音波の圱響を受けお、现胞を特定の堎所に抌し出したり匕き寄せたりするこずを明らかにした。この珟象は、空気䞭の超音波を利甚しお、小さくお軜い物䜓を吊り䞋げたり動かしたりするのず非垞によく䌌おいる。これは、音波が圧力垯を䜜り、その近傍の物䜓に䜜甚するこずに起因したす。物䜓や物質の物理的特性によっお、高圧力垯に匕き寄せられるか、反発させられるかが決たりたす。通垞の现胞は圧力の高い堎所に抌し流されるが、ガスベシクルを含む现胞はそこに匕き寄せられる。
◆この研究を説明する論文は、Science Advances誌の2月22日号に掲茉されおいたす。

<関連情報>

遺䌝子遞択的な现胞音響操䜜のための生䜓分子アクチュ゚ヌタヌ Biomolecular actuators for genetically selective acoustic manipulation of cells

Di Wu,Diego Baresch ,Colin Cook,Zhichao Ma,Mengtong Duan,Dina Malounda ,David Maresca,Maria P. Abundo,Justin Lee,Shirin Shivaei ,David R. Mittelstein,Tian Qiu,Peer Fischer,Mikhail G. Shapiro
Science Advances  Published:22 Feb 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.add9186

人工现胞を超音波で螊らせる(Making engineered cells dance to ultrasound)

Abstract

The ability to physically manipulate specific cells is critical for the fields of biomedicine, synthetic biology, and living materials. Ultrasound has the ability to manipulate cells with high spatiotemporal precision via acoustic radiation force (ARF). However, because most cells have similar acoustic properties, this capability is disconnected from cellular genetic programs. Here, we show that gas vesicles (GVs)—a unique class of gas-filled protein nanostructures—can serve as genetically encodable actuators for selective acoustic manipulation. Because of their lower density and higher compressibility relative to water, GVs experience strong ARF with opposite polarity to most other materials. When expressed inside cells, GVs invert the cells’ acoustic contrast and amplify the magnitude of their ARF, allowing the cells to be selectively manipulated with sound waves based on their genotype. GVs provide a direct link between gene expression and acoustomechanical actuation, opening a paradigm for selective cellular control in a broad range of contexts.

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