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生きた細胞のナノスケール構造を解明

これまで、微絨毛構造をAFMでイメージングするためには、一般的なAFMモードであるタッピングモードによる大きなイメージングフォースが問題となり、固定した細胞でイメージングする必要がありました。生細胞の内部構造である細胞骨格は観察できるものの、固定されていない、柔らかい生細胞の表面にある微絨毛をはっきりと観察できるだけの分解能を得るのは不可能でした。 BioScope Resolveは、PeakForceタッピング®によりイメージングフォースを小さく制御できるため、壊れやすい生きた細胞の表面にある微絨毛の高分解能イメージの取得が可能になりました。

high-resolution AFM imaging, microvilli, living cells, PeakForceQNM
Bioscope Resolve with PeakForce Tapping now enables high-resolution imaging of microvilli on living cells. (25 µm and 10 µm images of MDCK cells captured at 1 kHz PeakForce QNM. Images obtained by Dr. Hermann Schillers, University of Munster.)

「これまで、微絨毛のようなごく微細な構造を生きた細胞で観察するのは不可能でしたが、BioScope Resolveの改良版PeakForceタッピングのおかげで、1時間で簡単にイメージングできるようになりました」

 

Hermann Schillers博士
ミュンスター大学、ドイツ

 

 

細胞の形状、弾性率、蛍光像のリアルタイム観察

BioScope Resolveでは、PeakForce QNMを用いて、形状データと弾性率データを同時に取得することができます。この機能は、蛍光標識アクチンフィラメントを持つ生きた細胞のイメージングなどの研究に最適です。同期機能を使って相関性のあるAFMイメージと蛍光イメージを取得すれば、細胞の形状と弾性率、さらに蛍光像の変化をリアルタイムで観察できます。 


たとえば、細胞をアクチン重合阻害剤のサイトカラシンに曝露すると、弾性率の低下と蛍光シグナルの消失が同時に観察されます。この蛍光消失は、細胞骨格の破壊に関係しています。また、原子間力顕微鏡イメージと蛍光イメージの低速度撮影ムービーを作成し、経時的な蛍光と弾性率の変化をグラフ化することも可能です。 

correlated AFM and optical imaging, cell topography
Line-by-line synchronization of atomic force microscopy and confocal microscopy for true correlation of AFM and optical data.

高分解能の分子イメージング

BioScope Resolveでは、倒立型光学顕微鏡の上で観察できる、クラス最高の高分解能分子イメージングが実現します。システムの設計により、AFMヘッドと光学顕微鏡がシームレスに統合されているため、どちらのテクニックでもまったく問題は生じません。ナノメカニカル特性の測定、最高分解能のトポグラフィーマッピング、光学顕微鏡などの機能を備えたこの次世代型バイオAFMなら、バクテリオロドプシン(bR)三量体のサブユニットひとつひとつまでをも分解することができます。

bacteriorhodopsin, AFM image of lattice structure
PeakForce Tapping image of the bacteriorhodopsin (bR) membrane protein lattice structure taken on an inverted optical microscope. The inset shows a single particle averaging of the bR trimer. The green circle shows a single lattice defect. The blue circle

きわめて定量的な細胞機械特性の測定と分子フォーススペクトロスコピ―

生物学試料できわめて広いランプ周波数範囲と定量的な特性マッピングを実現できるのは、ブルカー独自のテクニックであるPeakForce QNMとFASTForce Volumeの組み合わせだけです。また、高速イメージングと自動測定機能により、短い時間で多くのデータを得られるため、より迅速に論文を発表することができます。

 

ブルカーの新しいFASTForce Volumeモードは、PeakForce QNMを補完し、きわめて広いランプ周波数を実現します。

  • 液中で0.1Hz~1kHz、空気中で2kHzというFASTForce Volumeデータ採取
  • フォーススペクトロスコピ―において最高感度、最高分解能のフォースカーブを実現するpNレベルのトリガーフォース
  • PeakForce QNMと組み合わせれば、液中で0.1Hz~1kHz、空気中で2kHzというきわめて広いランプ周波数範囲が実現
AFM ramp frequencies
Widest range of ramp frequencies for more data in less time