医工融合による細胞診と染色体診のためのMEMS開発

• Project/Area Number: 17681019
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 加畑 博幸 京大, 医学(系)研究科(研究院), 助教授 (70293884)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2007: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2006: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2005: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
• Keywords: マイクロマシニング / レーザ応用 / 細胞診 / DBA診断 / 染色体地図 / 膜蛋白質 / 電気浸透 / 細胞遺伝現象 / DNA診断

Research Abstract

細胞診・染色体診のための標本として、また、ゲノム解析・プロテオーム解析の標的として、あるいは、バイオセンサ・微小電気機械系の素子として、伸張懸架された染色体(DNAファイバ)と平面展開された細胞裏打ち(面状膜)は有用である。これら2つを同時に獲得できる技術を確立し、医工学における用途例を示すことが本年度の目標である。
まず、単分散処理された細胞(マウス白血病MEL、ヒト肺ガンKJ、ヒト子宮頸ガンHeLa)を進行波により搬送しながら、吸引力により整列して把持できる平板を開発した。
つぎに細胞個々の中心へフェムト秒レーザを照射した。細胞内部にキャビテーションが発生して空洞が顕れ、空洞膨張とともに細胞が開裂して板上に押し広げられた。このように得られた面状膜に関して、その表面が、元は細胞の裏打ち側であったことを、アクチニン免染により証明した。さらに、KJ細胞の面状膜について、これまで外部からの走査が困難であった乳癌指標(HERタンパク質細胞内ドメイン)を裏から表へと提示した。
並行して、DNAファイバを簡便に得る技術を開発した。複数の凹凸構造を設けた平板上にHeLa染色体の懸濁液を静置し、平板を回転させることで染色体に剪断力を印加した。その結果、染色体は数ミリ長のDNAファイバヘと変形した。DNAファイバは凸部において安定に固定され、凹部においては宙空状態で溶液に露出された。この露出によりFISHプローブに対する受容率が上昇し、染色体中のガンマーカー遺伝子(MycとEGFR)が高効率・高分解能で検出された。さらに、染色体を懸濁する液体として光硬化樹脂を用いることで、DNAファイバをフイルム保存できること(DNAブックの代替)を例証した。
今後は、回転展着剪断力とレーザ誘起キャビテーション誘起を統合することにより、遺伝子と膜タンパク質の同時計測を目指す。

Research Products

• [Journal Article] 環状一本鎖DNAと直鎖DNAの相互作用による運動 (2006)
  • Author(s): 安室怜, 安達泰治, 加畑博幸, 福家有子, 須長純子, 北條正樹
  • Journal Title: 日本機械学会第17回バイオフロンティア講演論文集 Pages: 39-40
• [Journal Article] 一本鎖DNAを用いた微小構造要素の作製の試み (2006)
  • Author(s): 安室怜, 安達泰治, 加畑博幸, 北條正樹
  • Journal Title: 日本機械学会2006年度年次大会講演論文集 Pages: 237-238
• [Journal Article] 電気浸透と光駆動微小構造体を用いた染色体DNAの展開と一分子操作 (2006)
  • Author(s): 寺尾京平, 加畑博幸, 小穴英廣, 鷲津正夫
  • Journal Title: 電気学会センサ・マイクロマシン準部門総合研究会論文集 BMS-06-05 Pages: 19-24
• [Journal Article] Manipulation of Yeast chromosomal DNA using optically-driven microstructures (2006)
  • Author(s): K.Terao, H.Kabata, H.Oana, M.Washizu
  • Journal Title: SPIE Opt.Trap Opt.Micromanipl 6326 Pages: 1-8
• [Journal Article] Extending chromosomal DNA in microstructures using electroosmotic flow (2006)
  • Author(s): K.Terao, H.Kabata, M.Washizu
  • Journal Title: J.Phys.Condens.Matter 18
• [Journal Article] Proposal and design of an on-chip organelle selection : Ablation of cell structures with femtosecond laser pulses (2006)
  • Author(s): A.Okonogi, M.Takeuchi, T.Suzuki, H.Kotera, H.Kabata
  • Journal Title: Proc.IEEE Robotics and Automation Soc MHS2006 Pages: 194-199
• [Journal Article] Extending chromosomal DNA in microstructures using electroosmotic flow (2006)
  • Author(s): Kyohei Terao, Hiroyuki Kabata, Masao Washizu
  • Journal Title: J.Physics : Condensed Matter (印刷中)(Ref No.CM/2047 78/SPE)
• [Journal Article] Complete extension of chromosomal DNA and its manipulation using optically-driven micro-fabricated hooks (2005)
  • Author(s): Kyohei Terao, Hiroyuki Kabata, Hidehiro Oana, Masao Washizu
  • Journal Title: Proc. MicroTAS 2005 2 Pages: 715-717
• [Patent(Industrial Property Rights)] 直鎖状化合物懸架支持体、直鎖状化合物伸長方法および直鎖状化合物標本 (2006)
  • Inventor(s): 加畑博幸, 福家有子, 水野俊明
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学, 独立行政法人科学技術振興機構, 日本板硝子株式会社
  • Industrial Property Number: 2006-301633
  • Filing Date: 2006-11-07