ナノワイヤに基づく細胞外小胞の層別化法の創出と疾病診断への展開
| Project/Area Number |
21H01960
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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 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
安井 隆雄 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00630584)
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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: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | ナノワイヤ / 細胞外小胞 / microRNA / 膜タンパク質 / 脂質 / 層別化 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、細胞外小胞の直径・膜タンパク質に表面電荷を加えた層別化法の創出と、層別化する細胞外小胞に内包されるmicroRNAのpathway解析による細胞内機能の顕在化を行い、細胞外小胞の層別化情報とmicroRNAの細胞内機能情報を相関付ける。また、相関情報に基づいて、体液中の”生命現象に携わる細胞外小胞”を層別化し、当該細胞外小胞に基づく疾病診断へと展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、これまでに申請者が開発してきたナノ空間制御による細胞外小胞の捕捉技術とmicroRNA解析技術を進展させ、細胞外小胞の直径・膜タンパク質に表面電荷を加えた層別化法の創出と、層別化される細胞外小胞に内包されるmicroRNAのpathway解析による細胞内機能の顕在化を行う。細胞外小胞は、生物学的な生命現象において重要性が認知され、世界中で研究が推進されているが、これまでに報告されている研究手法では捕捉効率が低く、一部の細胞外小胞を層別化することに止まっていた。本提案では、申請者独自の細胞外小胞の網羅的捕捉技術に、直径・膜タンパク質・表面電荷に基づく層別化技術を付与し、また、層別化する細胞外小胞に内包されるmicroRNAの機能情報を解析することで、これまで未踏であった “層別化細胞外小胞の学理に基づく疾病診断への展開” を世界に先駆けて実現する。本研究では、網羅的捕捉技術に層別化技術を付与し、既存技術の “一部の細胞外小胞の層別化” では見出すことが限定的であった、細胞外小胞の学理探求と疾病診断への展開を行った。本年度は、ナノワイヤの直径の肥大化やナノワイヤ作製時の溶媒の界面力によるナノワイヤ間隔の制御により、細胞外小胞のサイズに基づく層別化を行った。ナノワイヤの直径の肥大化とナノワイヤ間隔の制御は原子層堆積装置を用いた。原子層堆積装置では、供給元素と酸素元素の交互導入と反応を繰り返すことで、原子1層レベルでの膜厚制御が可能であった。その性質を利用し、各種酸化物の成膜厚を制御して、ナノワイヤの間隔を原子層スケールで制御することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、網羅的捕捉技術に層別化技術を付与し、既存技術の “一部の細胞外小胞の層別化” では見出すことが限定的であった、細胞外小胞の学理探求と疾病診断への展開を行った。本年度は、ナノワイヤの直径の肥大化やナノワイヤ作製時の溶媒の界面力によるナノワイヤ間隔の制御により、細胞外小胞のサイズに基づく層別化を行った。ナノワイヤの直径の肥大化では、原子層堆積装置の成膜サイクル数を制御することで、表面の膜厚を原子層レベルで制御し、ナノワイヤ間隔の制御を行った。原子層堆積装置では、供給元素と酸素元素の交互導入と反応を繰り返すことで、原子1層レベルでの膜厚制御が可能であり、各種酸化物の成膜厚を制御して、ナノワイヤの間隔を原子層スケールで制御した。昨年度までの研究において、原子層堆積装置のサイクル数を変化させ、ZnO/SiO2のコアシェルナノワイヤの直径を変化させることに成功している。また、今回用いているナノワイヤはアスペクト比が大きいため、乾燥時の溶媒の界面力によってナノワイヤの形が変形することが確認された。その形態上の性質を利用し、溶媒の界面力の大きさや乾燥時間によるナノワイヤ間隙の制御が可能であった。原子層堆積装置でナノワイヤの直径と表面の材料を制御し、その後、溶媒の界面力と乾燥時間によるナノワイヤの形の変形によって、ナノワイヤの間隙の制御を達成した。これら技術によって作り出したナノワイヤを用い、ナノワイヤ間隔へ入り込むことが可能な細胞外小胞のサイズによる層別化を達成したことより、当初の計画以上に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、膜タンパク質の凹凸表面を原子層堆積装置によるナノワイヤ表面への作製による形に応じた吸着による膜タンパク質分級や、膜タンパク質のアミノ酸配列と酸化物の相互作用による膜タンパク質分級を行い、細胞外小胞の膜タンパク質に基づく層別化を達成する。本年度までの研究において、原子層堆積装置のサイクル数を変化させ、ZnO/SiO2のコアシェルナノワイヤの直径を変化させることや、ナノワイヤ間隔の制御、ZnO/Al2O3などの酸化物に応じた吸着様式の変化などを確認している。また、今回用いているナノワイヤはアスペクト比が大きいため、乾燥時の溶媒の界面力によってナノワイヤの形が変形することにより、ナノワイヤの間隙の制御とサイズによる層別化も達成できている。最終年度では、酸化物自体の特徴に合わせ、ナノワイヤの間隙制御によるサイズ分離、さらには、特徴的な膜タンパク質の捕捉を組み合わせ、細胞外小胞の層別化を実施する。また、層別化する細胞外小胞に内包されるmicroRNAの機能情報を解析することで、これまで未踏であった “層別化細胞外小胞の学理に基づく疾病診断への展開” を世界に先駆けて実現する。
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Report
(2 results)
Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Breath odor-based individual authentication by an artificial olfactory sensor system and machine learning2022
Author(s)
C. Jirayupat, K. Nagashima, T. Hosomi, T. Takahashi, B. Samransuksamer, Y. Hanai, A. Nakao, M. Nakatani, J. Liu, G. Zhang, W. Tanaka, M. Kanai, T. Yasui, Y. Baba and T. Yanagida
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Journal Title
Chemical Communications
Volume: 58
Issue: 44
Pages: 6377-6380
DOI
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[Book] 医用工学ハンドブック2022
Author(s)
佐久間 一郎、秋吉 一成、津本 浩平
Total Pages
544
Publisher
エヌ・ティー・エス
ISBN
9784860437350
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