単一細胞の温度を
測る & 制御する

温度は細胞の多くの反応に影響することが知られています。たとえば温度が高くなると細胞分裂の周期は短くなり、心筋細胞の拍動は早くなります。ここでの温度とは、溶液全体の温度など、細胞にとって「大きな温度」です。

一方で、私たちは細胞内部の局所的な温度、「小さな温度」に注目して研究しています。そのために、① 細胞の局所的な温度を測定する方法と、② 細胞に局所的な温度変化を与える手法を開発してきました。

① 細胞の局所的な温度を測る (蛍光温度測定法)

私たちは蛍光色素の明るさ（蛍光強度）が温度によって変化する性質を利用して、蛍光顕微鏡観察から温度を測定しています。温度感受性のある蛍光色素をガラス微小管につめて温度を測るミクロ温度計（図1）を開発し[1]、HeLa細胞１つに接触させて、細胞内Ca²⁺上昇にともなう1 ℃の微小な温度上昇を正確に測定することに成功しています[2]。また、蛍光強度が温度以外の環境因子（pHやイオン強度など）に影響しないナノ温度計粒子も開発しました（図2）[3]。

図1. ミクロ温度計. ガラス管に蛍光色素を封入.

図2. 細胞の局所温度を測る温度計. (左) ミクロ温度計. ガラス管に蛍光色素を封入.

② 細胞に局所的な温度変化を与える (局所熱パルス法)

私たちは赤外光レーザーを金属粒子に集光し、局所空間（数10マイクロメートル）の温度変化をすばやく（数10ミリ秒以内）生み出す方法（ミクロヒーター）を開発しました（図3）[1]。この手法でHeLa細胞に熱パルス（２秒間の温度上昇）を与えたところ、わずか0.2 ℃の温度変化で細胞内Ca²⁺上昇が起こることを見つけました[4]。最近では、水に直接吸収される波長の赤外光レーザーを用いて、心筋細胞に熱パルスを与え、収縮・拍動させることにも成功しています[5]。