生きた細胞内で「液滴」の物性を非侵襲に測定する手法を開発 ―表面のわずかなゆらぎを物理モデルで解析し、表面張力・硬さ・粘性を数値化―

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2026-06-26 京都大学iPS細胞研究所

京都大学iPS細胞研究所(CiRA)と米国プリンストン大学の共同研究グループは、生きた細胞内の生体分子凝縮体の輪郭に生じる微小なゆらぎを物理モデルで解析し、表面張力、曲げ剛性、実効粘性を非侵襲的に定量する新手法を開発した。高速ライブイメージングで取得した凝縮体表面の「さざ波」を解析することで、細胞に外力を加えることなく物性を測定できる。人工凝縮体に加え、核小体と核スペックルへ適用した結果、凝縮体には液滴でありながら曲げ剛性が存在し、核小体は特に高い実効粘性を示すことを明らかにした。また、相分離の臨界点に近づくと表面張力と曲げ剛性が低下することも確認され、生細胞内で凝縮体の状態変化を定量的に評価できることを実証した。本手法は、神経変性疾患でみられる異常凝縮体の形成過程や物性変化の解析、患者由来iPS細胞を用いた病態解明、創薬候補化合物の効果評価などへの応用が期待される。

生きた細胞内で「液滴」の物性を非侵襲に測定する手法を開発 ―表面のわずかなゆらぎを物理モデルで解析し、表面張力・硬さ・粘性を数値化―
本研究の概要

<関連情報>

生体分子凝縮体の臨界毛細管波 Critical Capillary Waves of Biomolecular Condensates

Shunsuke F. ShimobayashiPaul J. Ackerman,Tomo Kurimura,Takashi Taniguchi,Clifford P. Brangwynne
PRX Life  Published: 25 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/8rgq-wymv

Abstract

Biomolecular condensates formed by phase separation are key players in cellular organization, yet their interfacial mechanics remain poorly understood. Here we show that both synthetic and endogenous nuclear condensates exhibit critical-like interfacial behaviors near the phase boundary, including enhanced capillary fluctuations and reduced surface tension. By combining optogenetic control with submicron-resolution fluctuation spectroscopy, we quantitatively estimate surface tension, bending rigidity, and effective viscosity. Surface tension diminishes as the system approaches the critical composition, consistent with classical theories of phase separation. Notably, bending elasticity emerges as an unexpected feature of these nuclear liquidlike structures, suggesting the formation of structured interfacial layers that progressively weaken near criticality. Among these condensates, the nucleolus displays exceptionally high viscosity, which may arise in part from viscoelastic coupling to the surrounding perinucleolar heterochromatin, effectively increasing the apparent viscosity in the long-time fluctuation regime. This noninvasive approach enables probing condensate mechanics in living cells and may provide a basis for diagnosing or modulating condensates in biomedical contexts.

生物化学工学
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