(57)【要約】【課題】優れた位置選択性を有する光細胞操作法を提供すること。【解決手段】光活性化タンパク質を有する細胞を準備する工程と、前記細胞に、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を配置する工程と、前記細胞に、前記蛍光体を励起する光を照射することにより、前記光活性化タンパク質を活性化する工程と、を有する、光細胞操作法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光活性化タンパク質を有する細胞を準備する工程と、
前記細胞に、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を配置する工程と
前記細胞に、前記蛍光体を励起する光を照射することにより、前記光活性化タンパク質を活性化する工程と、
を有する、光細胞操作法。
【請求項２】
前記蛍光体を励起する光が、波長７００〜２２００ｎｍの近赤外光である、請求項１に記載の光細胞操作法。
【請求項３】
前記蛍光体が、希土類元素を含む蛍光体である、請求項１又は２に記載の光細胞操作法。
【請求項４】
前記蛍光体が、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光細胞操作法。
【請求項５】
少なくとも、第１の光活性化タンパク質と、第２の光活性化タンパク質と、を有する細胞又は細胞群を準備する工程と、
前記細胞又は細胞群に、少なくとも、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する第１の蛍光体と、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体であって、前記第１の蛍光体とは異なる波長の光で励起される第２の蛍光体と、を配置する工程と、
前記細胞又は細胞群に、前記第１の蛍光体、又は前記第２の蛍光体を励起する光を照射することにより、前記第１の光活性化タンパク質及び前記第２の光活性化タンパク質の少なくとも一方を活性化する工程と、を有する、光細胞操作法。
【請求項６】
前記第１の蛍光体、及び前記第２の蛍光体を励起する光の波長が、それぞれ７００〜２２００ｎｍの近赤外光である、請求項５に記載の光細胞操作法。
【請求項７】
前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、希土類元素を含む蛍光体である、請求項５又は６に記載の光細胞操作法。
【請求項８】
前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、互いに異なる希土類元素を含む、請求項７に記載の光細胞操作法。
【請求項９】
前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子である、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の光細胞操作法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光細胞操作法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目されているオプトジェネティクスは、細胞を光で操作することで、脳神経系など様々な生命機能の動作機序を明らかにすることが可能な手法である（例えば非特許文献１）。この手法では、光活性化タンパク質を細胞に発現させて、光のＯＮ／ＯＦＦによってイオンチャネルの開閉を誘起し、細胞の機能を操作する。
【０００３】
このオプトジェネティクスを実現するための光活性化タンパク質には様々な種類やその変異体が知られている。当該光活性化タンパク質として、例えば、青色光で活性化するチャネルロドプシン２（ＣｈＲ２）、緑色光で活性化するハロロドプシン（ＨａｌｏＲ）、赤色光で活性化するアーキオロドプシン３（Ａｒｃｈ）などがある。これらの光活性化タンパク質の活性化により神経活動を促進もしくは抑制することができる。現在はオプトジェネティクスに使いやすいように様々な光活性化タンパク質の変異体が作製されており、青色光で活性化して緑色光で活性化状態を解除するＣｈＲ２（Ｃ１２８Ｓ）（非特許文献２）、活性化時間が非常に短く高周波数で光刺激を行うことが可能なＣｈＲ２（Ｅ１２３Ｔ／Ｔ１５９Ｃ）（非特許文献３）などがある。これらの光活性化タンパク質により、細胞の様々な光操作がｉｎ  ｖｉｖｏまたはｉｎ  ｖｉｔｒｏで出来るようになってきた。
【０００４】
例えば、ｉｎ  ｖｉｖｏでマウスの光細胞操作を行う手法として、ＬＥＤを頭蓋骨に接着する方法（非特許文献４）や、脳深部に光ファイバーを刺入する方法（非特許文献５）が開示されている。
しかしながら、これらは可視光を用いているために頭蓋骨や生体内の吸収や散乱によって生体深部への侵達が難しい。また、脳に光ファイバーを刺入する方法は、深部へのアクセスとピンポイントでの細胞光操作が可能であるが、光照射位置を自由に変更することが難しい。
【０００５】
生体深部において光細胞操作を行う方法として、希土類添加ナノ蛍光体（ＮａＹＦ４：Ｓｃ／Ｙｂ／ＥｒやＮａＹＦ４：Ｓｃ／Ｙｂ／Ｔｍ）のアップコンバージョン（ＵＣ）発光を用いた方法がある（非特許文献６）。ここで、ＵＣ発光とは、長波長の光によるエネルギーの多段階励起によって生じる、励起光より短波長の発光のことをいう。例えば、非特許文献６に記載の希土類添加ナノ蛍光体は、波長９８０ｎｍの光で多段階励起され、波長５５０ｎｍ付近の緑色の発光が得られる。生体透過性が比較的高い波長９８０ｎｍの光を用いるため、生体深部に配置された蛍光体を励起することができる。当該手法によれば、生体深部に存在する光活性化タンパク質を活性化状態に励起することが可能となる。また、近年この方法を用いて、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ、ｉｎ  ｖｉｖｏにおける細胞操作が実現され、注目を集めている（非特許文献７）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Boyden E..S. et al., Nat Neurosci, 8, 1263-1268, 2005.
【非特許文献２】Berndt A., et al., Nat. Nurosci., 12, 229-234, 2009.
【非特許文献３】Berndt A., et al., PNAS, 108, 7595-7600, 2011.
【非特許文献４】Gradinaru V. et al., J. Neurosci., 27, 14231-14238, 2007.; Huber D. et al., Nature, 451, 61-64, 2008.
【非特許文献５】Zhang F. et al., Nat. Protoc., 5, 439-456, 2010.
【非特許文献６】Hososhima S. et al., Sci. Rep., 5, 16533, 2015.
【非特許文献７】Chen S. et al., Science, 359, 679-684, 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今後、オプトジェネティクスを生命機能解明のための強力なツールにしていくためには、生体深部かつ光照射位置を自由に選択できる（以後、「位置選択性」という。）光細胞操作を行うための方法が必要であると考えられる。特に、パーキンソン病などの疾病機序解明には脳深部の細胞操作が必要となるため、生体深部での細胞操作が重要性を増してくると考えられる。
【０００８】
また、前記非特許文献６及び７においては、９８０ｎｍ励起により緑色ＵＣ発光のＮａＹＦ４：Ｙｂ／Ｅｒや青色ＵＣ発光ＮａＹＦ４：Ｙｂ／Ｔｍの励起を行っていた。しかしながら、これらの蛍光体を混ぜ合わせた場合、すべての蛍光体が９８０ｎｍで同時に光ってしまうため、複数の蛍光体の発光を各々独立に光らせるようなマルチカラー制御ができなかった。オプトジェネティクスにおいては、赤・緑・青などの色で活性化／不活性化するタンパク質があること、光活性化の程度（光の強さ）が生体機能に直結することなどから、光の色や強度を自由自在に制御できることは極めて重要である。
つまり、光の３原色を生体深部で光らせることができれば、新たな脳機能や生命機能の解明に貢献するツールになるものと考えられた。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、優れた位置選択性を有する光細胞操作法、更には、生体深部において、優れた位置選択性を有し、更にマルチカラーで細胞操作が可能な光細胞操作法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る第１の光細胞操作法は、光活性化タンパク質を有する細胞を準備する工程と、
前記細胞に、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を配置する工程と、
前記細胞に、前記蛍光体を励起する光を照射することにより、前記光活性化タンパク質を活性化する工程と、を有する。
【００１１】
前記第１の光細胞操作法においては、前記蛍光体を励起する波長の光が、７００〜２２００ｎｍの近赤外光であることが、生体深部における光細胞操作が可能な点から好ましい。
【００１２】
前記第１の光細胞操作法の１実施形態は、前記蛍光体が、希土類元素を含む蛍光体である。
【００１３】
前記第１の光細胞操作法の１実施形態は、前記蛍光体が、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子である。
【００１４】
本発明に係る第２の光細胞操作法は、少なくとも、第１の光活性化タンパク質と、第２の光活性化タンパク質と、を有する細胞又は細胞群を準備する工程と、
前記細胞又は細胞群に、少なくとも、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する第１の蛍光体と、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体であって、前記第１の蛍光体とは異なる波長の光で励起される第２の蛍光体と、を配置する工程と、
前記細胞又は細胞群に、前記第１の蛍光体、又は前記第２の蛍光体を励起する光を照射することにより、前記第１の光活性化タンパク質及び前記第２の光活性化タンパク質の少なくとも一方を活性化する工程と、を有する。
上記第２の光細胞操作法によれば、優れた位置選択性をもち、且つマルチカラーで細胞操作が可能となる。
【００１５】
前記第２の光細胞操作法においては、前記第１の蛍光体、及び前記第２の蛍光体を励起する波長の光が、７００〜２２００ｎｍの近赤外光であることが、生体深部で優れた位置選択性をもち、且つマルチカラーで細胞操作が可能な点から好ましい。
【００１６】
前記第２の光細胞操作法の１実施形態は、前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、希土類元素を含む蛍光体である。
【００１７】
前記第２の光細胞操作法の１実施形態は、前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、互いに異なる希土類元素を含む。
【００１８】
前記第２の光細胞操作法の１実施形態は、前記第１の蛍光体、及び、前記第２の蛍光体が、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、優れた位置選択性を有する光細胞操作法、更には、生体深部において、優れた位置選択性を有し、更にマルチカラーで細胞操作が可能な光細胞操作法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】蛍光体の模式的なエネルギー準位図である。
【図２】蛍光体のエネルギー準位の一例を示す図である。
【図３】光細胞操作法の説明のために用いられる模式図である。
【図４】第１実施態様のマウスを示す模式図である。
【図５】第２実施態様のマウスを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る光細胞操作法の概要を説明し、次いで具体的な実施形態について説明する。
【００２２】
［第１の光細胞操作法］
本発明に係る第１の光細胞操作法は、光活性化タンパク質を有する細胞を準備する工程と、
前記細胞に、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を配置する工程と、
前記細胞に、前記蛍光体を励起する光を照射することにより、前記光活性化タンパク質を活性化する工程と、を有する。
【００２３】
上記第１の光細胞操作法は、任意の又は任意の領域の光活性化タンパク質のみを活性化することができる優れた位置選択性を有し、更に、活性化しようとする光活性化タンパク質を任意に変更することができる。
【００２４】
第１の光細胞操作法では、まず、光活性化タンパク質を有する細胞を準備する。ここで、光活性化タンパク質を有する細胞は、ｉｎ  ｖｉｔｒｏで細胞群や細胞組織の一部として準備してもよく、ｉｎ  ｖｉｖｏで、即ち生体内の一部として準備してもよい。
光活性化タンパク質は、公知のもの中から適宜選択することができる。光活性化タンパク質の具体例としては、青色光で活性化し、Ｎａ＋のイオンを汲み入れる性質を有するＣｈＲ２（チャネルロドプシン）；緑色光で活性化し、Ｈ＋イオンを汲み出す性質を有するＡｒｃｈ（アーキオロドプシン）；赤色光で活性化し、細胞外から細胞内にＣｌ−イオンを汲み入れる性質を有するＨａｌｏＲ（ハロロドプシン）などが挙げられる。
【００２５】
光活性化タンパク質を有する細胞は、例えば、ウイルスベクターを用いた発現誘導により特定の神経細胞に光活性化タンパク質を発現させる方法や、遺伝子改変マウスを用いて特定の神経細胞に光活性化タンパク質を発現させる方法など、公知の方法により得ることができる。
【００２６】
次いで、前記細胞に、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を配置する。
ここで図１を参照して、少なくとも異なる２つの波長の光を順次吸収してＵＣ発光する蛍光体について説明する。図１の例は、本発明で用いられる蛍光体の模式的なエネルギー準位図である。図１の例に示される蛍光体は、まず、波長λ１の光により基底状態（Ｅ０）から、Ｅ１状態に励起する。続いて、λ１とは異なる波長λ２の光によりＥ２状態に励起する。次いで、λ１及びλ２よりも短波長である波長λ３の光を発光する。そして当該λ３の光により、前記光活性化タンパク質を活性化する。なお図１は一例であり、例えばＥ２状態の蛍光体がさらに他の光を吸収して３段階以上の多段階励起をするものであってもよい。
【００２７】
本発明で用いられる蛍光体は、少なくとも異なる２つの波長の光により順次励起されてＵＣ発光する公知の蛍光体の中から適宜選択することができる。本発明において蛍光体は、４００〜２２００ｎｍの可視〜近赤外域の光により多波長励起されるものであればよく、中でも、７００〜２２００ｎｍの近赤外域の光により多波長励起されるものであることが好ましい。７００〜２２００ｎｍの近赤外域は生体透過性が高いため、このような光により多波長励起される蛍光体を用いることにより、生体深部における光細胞操作が可能となる。
また、蛍光体のＵＣ発光は、目的とする光活性化タンパク質を活性化する波長の光を含むことが好ましい。
【００２８】
蛍光体は、中でも、希土類元素を含む蛍光体であることが好ましい。なお、希土類元素は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、及びランタノイド（原子番号５７〜７１の元素）の総称であり、本発明においては希土類元素の中でも、ランタニド（Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）を含む蛍光体であることが好ましい。希土類元素は蛍光体の発光中心として機能する。
【００２９】
希土類元素を含む蛍光体としては、例えば、Ｙ２Ｏ３や、ＮａＹＦ４を母材とし、当該母材に希土類元素がドープされた、希土類元素ドープナノ蛍光体の形態が挙げられる。当該希土類元素ドープナノ蛍光体は、更にガラスやポリマーなどでコーティングされていてもよい。このような粒子状の蛍光体を用いる場合、当該蛍光体は、平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子であることが好ましい。平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの微粒子状の蛍光体は、例えば、均一沈殿法など公知の方法により製造することができる。なお、均一沈殿法によれば単分散で、略球形の微粒子を得ることができる。
【００３０】
細胞に、前記蛍光体を配置する手法は特に限定されず、ｉｎ  ｖｉｔｒｏの場合、単に細胞に蛍光体を添加すればよい。また、ｉｎ  ｖｉｖｏの場合、例えば、生体内に穿刺して導入することにより配置してもよく、後述するように頭蓋骨等に固定することにより配置してもよい。なお蛍光体は、細胞の外側に配置してもよく、細胞内部に配置してもよい。
【００３１】
次いで、蛍光体を配置した前記細胞に、当該蛍光体を励起する光を照射して、前記蛍光体を多波長励起する。本発明に用いる蛍光体は、多波長励起するものであるため、通常、各波長に対応する複数の光源を準備する。光源としては、蛍光体の励起波長に応じて調整された半導体レーザーなどを用いることができる。本発明の光細胞操作法は、複数ある光源から照射された光が重なり合った部分に存在する蛍光体のみが励起されるため、３次元分解能を有し、任意の領域の蛍光体のみを励起することができる。また、光源の位置を調整することにより、蛍光体を励起する領域を容易に変更することができる。このように本発明に係る第１の光細胞法は、任意の又は任意の領域の光活性化タンパク質のみを活性化することができる優れた位置選択性を有する。
【００３２】
［第２の光細胞操作法］
本発明に係る第２の光細胞操作法は、少なくとも、第１の光活性化タンパク質と、第２の光活性化タンパク質と、を有する細胞又は細胞群を準備する工程と、
前記細胞又は細胞群に、少なくとも、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する第１の蛍光体と、
多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体であって、前記第１の蛍光体とは異なる波長の光で励起される第２の蛍光体と、を配置する工程と、
前記細胞又は細胞群に、前記第１の蛍光体、又は前記第２の蛍光体を励起する光を照射することにより、前記第１の光活性化タンパク質及び前記第２の光活性化タンパク質の少なくとも一方を活性化する工程と、を有する。
【００３３】
上記第２の光細胞操作法によれば、優れた位置選択性をもち、且つマルチカラーで細胞操作が実現可能となる。以下このような第２の光細胞操作法について説明するが、前記第１の光細胞操作法と同様の部分については説明を省略することがある。
【００３４】
第２の光細胞操作法では、まず、少なくとも、第１の光活性化タンパク質と、第２の光活性化タンパク質とを有する細胞又は細胞群を準備する。なお、第２の光細胞操作法において、第１の光活性化タンパク質と、第２の光活性化タンパク質とは互いに異なるものである。第２の光細胞操作法において、光活性化タンパク質は、２種類に限られるものではなく、３種類以上の光活性化タンパク質を有していてもよい。
また第２の光細胞操作法では、１つの細胞が、複数種類の光活性化タンパク質を有していてもよく、細胞群を構成する複数の細胞のうちの少なくとも一部の細胞が第１の光活性化タンパク質を有し、別の少なくとも一部の細胞が第２の光活性化タンパク質を有しているなどのように、細胞群全体として複数の光活性化タンパク質を有していてもよい。
光活性化タンパク質の具体例、及び、細胞又は細胞群の具体的な準備方法は前記第１の光細胞操作法と同様とすることができる。
【００３５】
次に、前記細胞又は細胞群に、少なくとも、多波長励起によりアップコンバージョン発光する第１の蛍光体と、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体であって、前記第１の蛍光体とは異なる波長の光で励起される第２の蛍光体と、を配置する。
なお、第２の光細胞操作法において、蛍光体は、２種類に限られるものではなく、更に、第１の蛍光体及び第２の蛍光体とは異なる波長の光で励起される第３以降の蛍光体を有していてもよい。
第２の光細胞操作法においては、励起波長の異なる蛍光体を組み合わせて用いることにより、複数の蛍光体が同時に発光することを防ぐことができるため、目的の光活性化タンパク質のみを活性化することが可能となる。また、第２の光細胞操作法においても、多波長励起によりアップコンバージョン発光する蛍光体を用いているため、発光部位の位置選択性に優れている。
【００３６】
第２の光細胞操作法における蛍光体の具体例は、前記第１の光細胞操作法におけるものと同様とすることができる。中でも第１の蛍光体、第２の蛍光体、及び必要に応じて用いられる第３以降の蛍光体が、互いに異なる希土類元素を含むことが好ましい。互いに異なる希土類元素を用いることにより、異なる励起波長、及び異なる発光を有する蛍光体を容易に準備することができる。また、細胞又は細胞群に蛍光体を配置する手法は、前記第１の光細胞操作法におけるものと同様とすることができる。
【００３７】
次いで、蛍光体を配置した細胞又は細胞群に、前記第１の蛍光体、又は前記第２の蛍光体を励起する光を照射することにより、前記第１の光活性化タンパク質及び前記第２の光活性化タンパク質の少なくとも一方を活性化する。
この点について、図２及び図３を参照し、具体的な一例を挙げて説明する。図２は、蛍光体のエネルギー準位の一例を示す図であり、図２（Ａ）はＴｍ３＋を含む蛍光体のエネルギー順位の一例を示し、図２（Ｂ）はＥｒ３＋を含む蛍光体のエネルギー順位の一例を示し、図２（Ｃ）はＰｒ３＋を含む蛍光体のエネルギー順位の一例を示す。また図３は、光細胞操作法の説明のために用いられる模式図である。図２（Ａ）の例では、Ｔｍ３＋を含む蛍光体は、波長８００ｎｍの光、及び波長１１２０ｎｍの光を順次吸収して励起し、４８０ｎｍの青色に発光する。図２（Ｂ）の例では、Ｅｒ３＋を含む蛍光体は、波長１５００ｎｍの光、及び波長８５０ｎｍの光を順次吸収して励起し、５４５ｎｍの緑色に発光する。図２（Ｃ）の例では、Ｐｒ３＋を含む蛍光体は、波長１０１４ｎｍの光、及び波長８４０ｎｍの光を順次吸収して励起した後、熱的緩和を経て、６０５ｎｍ及び６３６ｎｍの赤色に発光する。これら３種類の蛍光体を細胞又は細胞群に配置し、例えば図３の例に示されるように、波長８００ｎｍの光と波長１１２０ｎｍとを照射すると、これらの照射光の重なり合った部分において、Ｔｍ３＋を含む蛍光体が発光する。このとき、Ｅｒ３＋を含む蛍光体及び、Ｐｒ３＋を含む蛍光体は励起されないため、これらの蛍光体は発光しない。このように、本発明の第２の光細胞操作法によれば、優れた位置選択性をもち、且つ、複数ある発光体の発光を個別に制御できるため、マルチカラーで細胞操作が実現可能となる。
【００３８】
以下、本発明の光細胞操作法の具体的な実施態様を挙げて説明する。但し、以下の記載は本発明を限定するものではない。
【００３９】
＜第１実施態様＞
まず、均一沈殿法（共沈法）により単分散の希土類ナノ蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｔｍ（青色ＵＣ発光）、Ｙ２Ｏ３：Ｅｒ（緑色ＵＣ発光）、Ｙ２Ｏ３：Ｐｒ（赤色ＵＣ発光）を各々作製する。
第１実施形態では、上記各粒子を有機物やガラス質等で被覆して、生体に対する毒性を低下させる。
【００４０】
別途、青色光で活性化するＣｈＲ２、緑色光で活性化するＡｒｃｈ、赤色光で活性化するＨａｌｏＲ（ハロロドプシン）を発現した、マウスを準備する。
当該マウスの脳内に、前記希土類ナノ蛍光体の混合物を穿刺導入する。このようにして、生体深部の細胞に３種の蛍光体が配置されたマウスを準備することができる（図４）。
【００４１】
＜第２実施態様＞
第１実施態様と同様に３種の蛍光体を作製した。第２実施態様では、当該３種の蛍光体を、β型リン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）と混合し、３種の蛍光体が分散されたディスク状の人口骨を形成する。
【００４２】
別途、青色光で活性化するＣｈＲ２、緑色光で活性化するＡｒｃｈ、赤色光で活性化するＨａｌｏＲ（ハロロドプシン）を発現した、マウスを準備する。
当該マウスの頭蓋骨の一部を、前記人口骨に置き換えることにより、脳細胞表面付近に蛍光体が配置されたマウスを準備することができる（図５）。
【００４３】
（光照射方法）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスの頭部の周囲に、それぞれ、波長８００ｎｍ、８４０ｎｍ、８５０ｎｍ、１１２０ｎｍ、１１４０ｎｍ及び１５００ｎｍの近赤外光を照射する、近赤外レーザーを配置する。第１実施態様のマウスは皮膚及び頭蓋骨越しに、第二実施態様のマウスは皮膚越しに当該レーザーを照射する。
【００４４】
（動作例１）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１１２０ｎｍと８００ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｔｍのみを励起し、当該蛍光体のＵＣ発光（４８０ｎｍ）により、青色光で活性化するＣｈＲ２のみを活性することができる（図６）。
【００４５】
（動作例２）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１５００ｎｍと８５０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｅｒのみを励起し、当該蛍光体のＵＣ発光（５４５ｎｍ）により、緑色光で活性化するＡｒｃｈのみを活性することができる（図７）。
【００４６】
（動作例３）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１１４０ｎｍと８４０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｐｒのみを励起し、当該蛍光体のＵＣ発光（６０５ｎｍ、及び６３６ｎｍ）により、赤色光で活性化するＨａｌｏＲのみを活性することができる（図８）。
【００４７】
（動作例４）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１１２０ｎｍ、８００ｎｍ、１５００ｎｍ、８５０ｎｍ、１１４０ｎｍ、及び８４０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、前記３種類の蛍光体を励起し、その発光で青色・緑色・赤色の光に応答する光活性化タンパク質ＣｈＲ２、Ａｒｃｈ及びＨａｌｏＲを同時に活性化する。また、それぞれの蛍光体の発光強度比をコントロールして、光活性化タンパク質の活性を精密にコントロールすることができる。
【００４８】
（動作例５）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１１２０ｎｍ、８００ｎｍ、１５００ｎｍ、及び８５０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｔｍ、及び蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｅｒを励起し、その発光で青色・緑色の光に応答する光活性化タンパク質ＣｈＲ２、及びＡｒｃｈを２種同時に活性化する。また、青色発光と緑色発光の発光強度比をコントロールして、光活性化タンパク質の活性を精密にコントロールすることができる。
【００４９】
（動作例６）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１１２０ｎｍ、８００ｎｍ、１１４０ｎｍ、及び８４０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｔｍ及び蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｐｒを励起し、その発光で青色・赤色の光に応答する光活性化タンパク質ＣｈＲ２、及びＨａｌｏＲを２種同時に活性化する。また、青色発光と赤色発光の発光強度比をコントロールして、光活性化タンパク質の活性を精密にコントロールすることができる。
【００５０】
（動作例７）
第１実施態様及び第２実施態様のマウスに、１５００ｎｍ、８５０ｎｍ、１１４０ｎｍ、及び８４０ｎｍの近赤外レーザーを蛍光体に同時照射することで、蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｅｒ及び蛍光体Ｙ２Ｏ３：Ｐｒを励起し、その発光で緑色・赤色の光に応答する光活性化タンパク質Ａｒｃｈ、及びＨａｌｏＲを２種同時に活性化する。また、緑色発光と赤色発光の発光強度比をコントロールして、光活性化タンパク質の活性を精密にコントロールすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る第１及び第２の光細胞操作法は、脳神経系の機能解明（認知、運動、脳波等）、パーキンソン病や認知症など脳機能に関わる疾病の発生機序解明、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞などを用いた組織・臓器スケールにおける深部細胞分化誘導などの再生医療応用等、様々な用途に利用しうるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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