エネルギー代謝は、細胞の生存を維持するエネルギーを生成する化学反応の重要なグループです。しかし、エネルギー代謝はそれだけではありません！最近の研究では、炎症や免疫、幹細胞の分化、細胞死など、他の多くの細胞プロセスを制御することが示されています.
エネルギー代謝の新しい役割を示すこれらの研究のほとんどは、ミトコンドリアの酸素消費量を測定するという、代謝の変化を追跡するために不可欠な技術を使用していました。ミトコンドリアは細胞のバッテリーとして機能し、細胞に電力を供給し、酸素消費量はミトコンドリアの活動に比例するため、酸素消費量を測定することはエネルギー代謝を理解する優れた方法です。酸素消費は、細胞の代謝要求、出力、容量を追跡するための信頼できる定量的な方法です。
通常、酸素消費量は、酸素に敏感な電気化学電極を使用して、組織、ホモジネート、または細胞培養で測定されます。これはうまく機能しますが、サンプル全体の平均酸素消費量についてのアイデアしか得られません。私たちは、エネルギー代謝が同じ培養内の細胞ごとに異なる可能性があるかどうか、または同じ細胞の異なる部分内でさえ異なる可能性があるかどうかを尋ねることにしました.その疑問に答えるために、呼吸中の個々の細胞付近の酸素濃度のわずかな違いを検出するために使用できる、非常に小さな電極を開発する必要がありました。
そのために、エネルギー代謝を研究する研究室 (Kowaltowski 博士) と新しい電気化学技術を開発する研究室 (Bertotti 博士) との共同研究を確立しました。博士課程の学生 (Carla Santana Santos) は、2 つの非常に異なる研究ラインの間のギャップを埋め、走査型電気化学顕微鏡法に適合した微小電極を構築しました。
この手法では、適切な電位にバイアスされた微小電極がプローブとして機能し、高い空間分解能 (マイクロメートル範囲) で表面の電気化学的活性を調査します。このプローブを調査対象のサンプルに近接して配置すると、表面で発生する電気化学プロセスまたは物質フラックスに関する情報を収集できます。我々の場合、調査された表面は細胞であり、微小電極を細胞上に移動させることにより、単一細胞レベルでの酸素濃度のマップが得られました。結果は驚くべきものであり、細胞のさまざまな領域で酸素消費がどのように振る舞うかを示すことができました.
この手法により、細胞の酸素消費パターンが均一ではないことがわかりました。予想通り、核内にはミトコンドリアがないため、細胞の核領域は酸素消費量が少なくなります。しかし、驚くべきことに、細胞の厚さが薄く、酸素消費量が少ないと予想される細胞の先端は、予想外に酸素消費量が高かった。これは、細胞のこの領域のミトコンドリアが異なることを示している可能性がありますが、その理由と、これらの違いの結果がどうなるかはまだわかっていません.細胞内レベルで酸素消費量を測定するのに役立つこの新しい技術の存在は、確かに新しい可能性を切り開き、エネルギー代謝に関するさらに多くの驚くべき発見を明らかにするでしょう.
これらの調査結果は、Single Cell Oxygen Mapping (SCOM) by Scanning Electrochemical Microscopy Uncovers Heterogeneous Intracellular Oxygen Consumption というタイトルの記事で説明されており、最近 Scientific Reports 誌に掲載されました。 .この作業は、サンパウロ大学の Mauro Bertotti、Carla Santana Santos、Alicia J. Kowaltowski が主導しました。
