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ナノテクノロジー：アップコンバージョン・マイクロゲージがin vivoで管腔内の力のダイナミクスを明らかにする
Nature 637, 8044 doi: 10.1038/s41586-024-08331-x
筋細胞の活動電位によって発生した力は、体内の管腔構造全体にわたって血液、食物、老廃物を繰り返し運んでいる。非侵襲的な電気生理学的技術は存在するものの、大半の機械センサーは、非侵襲的に管腔構造に近づけることができない。今回我々は、管腔の力の定量的研究を可能にする摂取可能な非毒性機械センサーを導入して、そうしたセンサーを、生きた線虫の一種Caenorhabditis elegansの摂食の研究に応用した。こうした光学的「マイクロゲージ（微小計測器）」は、ポリスチレン微小球に埋め込まれたアップコンバージョンNaY0.8Yb0.18Er0.02F4@NaYF4ナノ粒子で構成されている。我々は、光学顕微鏡法と原子間力顕微鏡法を併用してマイクロゲージをin vitroで調べ、放出光の赤色/緑色比のヒステリシスフリーの線形変化が、力によって生じることを示す。我々は、蛍光イメージングと非侵襲的電気生理学を用いて、C. elegansの成虫が摂食時に10 µNオーダーの咬合力を発生させ、力発生の時間的パターンが摂食器官の筋活動と同調していることを示す。さらに、我々が測定している咬合力は、線虫の餌である細菌を溶解するのに用いられる圧力範囲におけるヘルツの接触応力に対応している。マイクロゲージは、摂食器官などの管腔器官において、神経筋応力が老化、遺伝子変異、薬物治療によってどのような影響を受けるかを調べる定量的研究を実現できる可能性がある。
