ナノプラズモニックアセンブリを用いた細胞内経路の動的pH測定

Dynamic pH measurements of intracellular pathways using nano-plasmonic assemblies.

• Kazuki Bando
• Zhiqiang Zhang
• Duncan Graham
• Karen Faulds
• Katumasa Fujita
• Satoshi Kawata

抄録

生きた細胞内を移動するプラズモニックAgナノ集合体を用いて、表面増強ラマン散乱法により細胞内pHの時空間的変化を可視化した。銀ナノアセンブリを4-メルカプト安息香酸（p-MBA）で機能化し、周囲のpHの変化をモニターした。細胞内で輸送された機能化ナノ集合体からのSERSスペクトルを記録し、ナノ集合体が移動する経路上の局所的なpHを推定した。3Dナノ粒子追跡とSERS測定は、同時に数十ナノメートルの空間精度と200ミリ秒の時間分解能でpHダイナミクスをトレースするために実行され、細胞内輸送に関連付けられているpHの変化を明らかにするのに十分である。機能化ナノ粒子のpHの軌跡は、エンドソーム輸送やリソソソーム融合などのオルガネラ相互作用によって引き起こされる化学環境の動的変化を可視化するために使用することができます。これにより、SERSを用いた細胞内解析の新たなパラダイムが構築され、生物学的解析にSERSを迅速に利用するための新たな能力が明らかになった。

Plasmonic Ag nano-assemblies moving in a living cell were employed to visualize the spatiotemporal change of intracellular pH by surface-enhanced Raman scattering. Ag nano-assemblies were functionalized with 4-mercaptobenzoic acid (p-MBA) to monitor the variation of the surrounding pH. SERS spectra from the functionalized nano-assemblies that were transported in a cell were recorded to estimate the local pH on the pathways travelled by the nano-assemblies. 3D nanoparticle tracking and SERS measurements were simultaneously performed to trace the pH dynamics with a spatial accuracy of several tens of nanometers and a temporal resolution of 200 ms, which are sufficient to reveal pH changes associated with intracellular transportation. The pH trajectory of the functionalized nanoparticle can be used to visualize the dynamic change of the chemical environment caused by organelle interactions, such as endosomal trafficking and lysosomal fusion. This breakthrough creates a new paradigm for intracellular analysis using SERS and reveals new capability for rapid use of SERS in biological analysis.