修 士 論 文 の 和 文 要 旨
大 学 院 電 気 通 信 学 研 究 科 博 士 前期 課 程 量 子 ・ 物 質 工 学 専 攻 氏 名 曽野 部 崇 学 籍 番号 0433027
論 文 題 目
バ イ オイ メ ー ジ ン グ 技 法を 用 い た 筋 組 織内 カ ル シ ウ ム イ オン 動 態 の 評 価
・ 目 的 ： 身 体 運 動 に 関 わ る 骨 格 筋 の 収 縮-弛 緩 に は 、 筋 細 胞 内 の カ ル シ ウ ム イ オ ン （Ca2+） 濃 度 変 化 が ト リ ガ ー と し て 機 能 し て い る 。 骨 格 筋 を 対 象 と し て 筋 機 能 を 検 討 す る 際 に は 、 細 胞 内 のCa2+動 態 を 知 る こ と が 重 要 で あ る が 、 こ れ ま で の 先 行 研 究 に お い て は い く つ か の 課 題 点 が あ っ た 。 一 つ は 、 生 体 外 （in vitro） で の 単 離 細 胞 や 培 養 細 胞 を 用 い た 系 の 場 合 、 循 環 系 に よ る 細 胞 へ の 影 響 は ほ ぼ 除 外 し て い る こ と 。 そ し て 生 体 内 環 境 下 （in vivo） の 筋 を 対 象 と し た 系 で は 、 連 続 す る 筋 収 縮 刺 激 後 の 筋 細 胞 内Ca2+動 態 に つ い て 明 ら か に さ れ て い な か っ た 。 そ こ で 本 研 究 で は 、 脊 柱 僧 房 筋 を 対 象 に バ イ オ イ メ ー ジ ン グ 技 法 を 用 い て 筋 細 胞 内Ca2+動 態 を 経 時 的 に 捉 え る こ と を 目 的 と し 、1）筋 細 胞 内Ca2+動 態 をin vitroとin vivo条 件 下 で 比 較 す る 。 2）in vivoモ デ ル を 用 い た 、 筋 収 縮 依 存 性 のCa2+濃 度 変 化 を 明 ら か に す る 。
・ 方 法 ： 実 験 に は 全 てWistar系 ラ ッ ト を 用 い た 。 脊 柱 僧 房 筋 を 外 科 的 に 露 出 さ せ 、 蛍 光 カ ル シ ウ ム 指 示 薬Fura2を 負 荷 し た 。2種 （340, 380 nm） の 波 長 で 励 起 し た 蛍 光 強 度 （F340, F380）
の 比(F340/F380:FRatio)を 経 時 的 に 取 得 す る こ と に よ っ て 、Ca2+動 態 を 表 し た 。Fura2負 荷 後 の 筋 を 顕 微 鏡 観 察 し 、2枚1組 の 画 像 を 経 時 的 に 取 得 し た 。測 定 条 件 は 、1）in vitroコ ン ト ロ ー ル
（ 刺 激 な し 、90分 ）、2）in vivoコ ン ト ロ ー ル（ 刺 激 な し 、90分 ）、3）in vivo電 気 刺 激（100 Hz, 0.7 sの 強 縮 刺 激 を50回*10セ ッ ト 、 イ ン タ ー バ ル5分 ） と し た 。 各 条 件 の 測 定 か ら 得 ら れ た 画 像 を ソ フ ト ウ ェ ア で 除 算 処 理 、 数 値 化 し 、 初 期 値 か ら の 変 化 量 をΔFと し て グ ラ フ 化 し た 。
・ 結 果 と 考 察 ：in vitroの コ ン ト ロ ー ル に お い てΔFは 時 間 と 共 に 上 昇 し 、90分 間 の 測 定 中75分 以 降 か ら0 minの 値 と 比 べ て 有 意 な 増 加 が 見 ら れ た （P<0.05, Fig.1.） 。 一 方 、in vivoの コ ン ト ロ ー ル に お い て は90分 間 の 測 定 で は 有 意 な 増 加 は 見 ら れ な か っ た（Fig.1.）。電 気 刺 激 に よ る 筋 収 縮 を 負 荷 し た 筋 で は 、ΔFは 漸 進 的 に 増 加 し 、10セ ッ ト の 刺 激 の う ち9、10セ ッ ト の 収 縮 後 に は 、初 期 値 と 比 較 し て 有 意 に 増 加 し て い た（P<0.05, Fig.2.）。こ の 結 果 か ら 、in vivo環 境 下 の 筋 細 胞 内 に お い てCa2+の 蓄 積 は ほ と ん ど 起 こ ら な い が 、 筋 収 縮 刺 激 を 負 荷 す る こ と に よ っ て 、 収 縮 回 数 依 存 的 なCa2+の 蓄 積 が 起 こ っ て い る こ と が 示 唆 さ れ た 。 こ の と き 筋 線 維 に お い て 特 異 的 にCa2+が 増 加 し 、 伝 播 し て い く 様 子 も 観 察 さ れ た 。 こ れ ら は グ ラ フ に 示 し たCa2+
動 態 の 上 昇 が 、 観 察 範 囲 内 の 均 一 なCa2+上 昇 に よ る も の で は な く 、 部 分 的 に 出 現 す るCa2+の 増 加 し た 筋 線 維 に 起 因 す る も の で あ る こ と を 示 唆 し て い る 。
Fig.1.：in vitro, vivoコ ン ト ロ ー ル のCa2 +動 態 Fig.2.：in vivo筋 収 縮 刺 激 に よ るCa2 +動 態
