High-speed single cell diagnosis by atomic force microscopy
| Project/Area Number |
21H01787
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
岡嶋 孝治 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (70280998)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 細胞診断 / メカニクス / 細胞力学診断 |
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| Outline of Research at the Start |
原子間力顕微鏡（AFM）は、生細胞・組織の力学特性を高い時間空間分解能で計測することができる。本研究では、AFMを用いて接着状態の細胞の疾患を1細胞単位で定量、且つ高速に同定する新手法を開発する。令和3年度は、細胞レオロジー計測の高速化技術、およびボルツマンの重畳原理に基づく細胞レオロジー解析法の基礎技術および概念を利用し、高速な１細胞レオロジー診断システムを開発する。令和4年度は、細胞株を用いて１細胞単位の高速診断技術を開発する。令和5年度は、プライマリー細胞・組織を用いて高速な細胞疾患の診断技術を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
がん細胞は、長期間にわたり体内で徐々に蓄積し、がん遺伝子やがん抑制遺伝子に変異が少しずつ入ることによって発症すると考えられている。細胞の力学特性が、がんの進行度に依存して変化し、この細胞の力学特性の変化が、がん細胞の浸潤・転移に重要な役割をすることが先行研究により明らかになりつつある。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、接着性細胞の力学特性を低侵襲、且つ精密に決定することができる。本研究では、接着状態における１細胞のレオロジー空間分布を測定でき、短時間で細胞診断を可能とするＡＦＭ技術を開発することを目的としている。 本年度は、前年度に開発した細胞レオロジー空間分布を計測可能なＡＦＭ技術を用いて、正常細胞と前がん細胞の力学特性の判別能を精密に評価した。まず、過去の実験の検証として、細胞弾性率と細胞形状がこれらの細胞の判定にどの程度有効であるかを調べた。その結果、細胞の見かけのヤング率および細胞の高さの2つの計測データは、細胞診断に有効であることが分かった、また、異なる細胞内測定位置のデータのコンビネーションや、ヤング率と高さの多変数解析によって、判別能が有意に向上することが分かった。このような細胞診断は、ＡＦＭとマイクロパターン基板との併用により初めて達成できた。さらに、細胞力学計測をレオロジー物性へ展開することによる細胞診断能を評価した。その結果、細胞診断能が、細胞パターン形状にも強く依存することが分かった。さらに、本研究で開発したAFMシステムは、1細胞だけでなく多細胞系への適用できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度の細胞診断の研究は順調に進展している。また、令和３年度に開発したAFM細胞診断システムを用いて、１細胞だけでなく、組織切片のメカニクス計測も可能であることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度の１細胞診断計測を発展させて、1細胞だけでなく多細胞系のサンプルの高速なメカニクス診断計測とその最適化を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Atomic force microscopy identifies the alteration of rheological properties of the cardiac fibroblasts in idiopathic restrictive cardiomyopathy2022
Author(s)
Mizuki Matsumoto, Hirofumi Tsuru, Hidehiro Suginobe, Jun Narita, Ryo Ishii, Masaki Hirose, Kazuhisa Hashimoto, Renjie Wang, Chika Yoshihara, Atsuko Ueyama, Ryosuke Tanaka, Keiichi Ozono, Takaharu Okajima, Hidekazu Ishida
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 17
Issue: 9
Pages: e0275296-e0275296
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Atomic force microscopy identifies cellular elasticity of pulmonary arterial smooth muscle cells in a patient with idiopathic pulmonary arterial hypertension2021
Author(s)
Shinichi Katsuragi, Nao Tatsumi, Mizuki Matsumoto, Jun Narita, Ryo Ishii, Hidehiro Suginobe, Hirofumi Tsuru, Wang Renjie, Shigetoyo Kogaki, Keiichi Ozono, Ryosuke Tanaka, Takaharu Okajima, and Hidekazu Ishida
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Journal Title
Cardiology Research
Volume: 12
Issue: 4
Pages: 231-237
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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