Development of the irradiation method for the first instar silkworm larvae using locally targeted heavy-ion microbeam

重イオンマイクロビームを用いたカイコ一齢幼虫への局部照射方法の開発

深本 花菜; 白井 孝治*; 佐方 敏之*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 和田 成一*; 柿崎 竹彦; 志村 幸子*; 小林 泰彦; 木口 憲爾*

Fukamoto, Kana; Shirai, Koji*; Sakata, Toshiyuki*; Sakashita, Tetsuya; Funayama, Tomoo; Hamada, Nobuyuki*; Wada, Seiichi*; Kakizaki, Takehiko; Shimura, Sachiko*; Kobayashi, Yasuhiko; Kiguchi, Kenji*

本研究では、これまで不可能だった孵化直後の蚕幼虫に対する重イオンビームの局所的な照射方法を新たに開発し、特徴的な皮膚形態の発現過程に介入することによって、発生・変態時における形質発現過程をラジオマイクロサージャリ技術を用いて解析することを可能にした。具体的には、幼虫の大きさの穴を開けた薄いアルミニウムプレート内に虫を入れ、上下をフィルムで挟むことによって固定し、体長約2mmの孵化直後幼虫の特定部位に重イオンマイクロビームを局部照射する方法を考案した。この方法を用いて、蚕の突然変異の一系統であるコブ突然変異個体のコブ形成予定領域に対して照射を行った。この幼虫は4齢頃になると斑紋部がコブ状に突出するが、孵化直後にはまだ形成していない。照射後の幼虫を飼育したところ炭素イオン250Gyの以上の線量で、半数以上の幼虫のコブが欠失した。また、120Gyでは5.6%の幼虫にのみコブの欠失が認められたことから、コブ欠失の閾値が120Gyと250Gyの間にあることが示唆された。今回新たに可能になった孵化幼虫への局部照射法は、発生・変態時におけるさまざまな組織を対象とした研究に役立つと考えられる。

To carry out the radio-microsurgery study using silkworm, , we have already developed the specific irradiation systems for eggs and third to fifth instar larvae. In this study, a modified application consisting of the first instar silkworm larvae was further developed using heavy-ion microbeams. This system includes aluminum plates with holes specially designed to fix the first instar silkworm larvae during irradiation, and Mylar films were used to adjust energy deposited for planning radiation doses at certain depth. Using this system, the suppression of abnormal proliferation of epidermal cells in the knob mutant was examined. Following target irradiation of the knob-forming region at the first instar stage with 180-mum-diameter microbeam of 220 MeV carbon (C) ions, larvae were reared to evaluate the effects of irradiation. The results indicated that the knob formation at the irradiated segment was specially suppressed in 5.9, 56.4, 66.7 and 73.6 % of larvae irradiated with 120, 250, 400 and 600 Gy, respectively, but the other knob formations at the non-irradiated segments were not suppressed in either irradiation. Although some larva did not survive undesired non-targeted exposure, our present results indicate that this method would be useful to investigate the irradiation effect on a long developmental period of time. Moreover, our system could also be applied to other species by targeting tissues, or organs during development and metamorphosis in insect and animals.