Analysis of physicochemical behavior between metal particles and cells in culture medium and development of sustained-release control method
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21K04759
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University College of Technology |
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Principal Investigator |
倉橋 健介 大阪公立大学工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60516821)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 丈靖 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70274503)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | ナノ粒子 / 溶解性制御 / 養液栽培 / 表面修飾 / 細胞培養 / 徐放性制御 |
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| Outline of Research at the Start |
金属ナノ粒子を採用した植物細胞へのミネラル供給システム創出を目的として、植物培養液中でのナノ粒子の溶解・凝集性の測定するとともに、表面修飾技術を用いた徐放性ミネラルナノ粒子の造粒と溶解性の検証を行う。得られた試作粒子は、植物細胞に供して、ミネラルの取り込み量を測定するとともに、フローサイトメーターを使用した解析(fluorescence-activated cell sorting; FACS解析)の併用による細胞表面への粒子吸着量の推定から、取り込み時の正確な物質収支モデルを構築する。モデルから操作因子を最適化し、金属ナノ粒子と細胞間におけるミネラル吸収速度制御プロトコルを確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに確立した表面修飾技法を用い、多量元素の代表としてMgO NP、微量元素の代表としてZnO NPに対して溶出速度を制御したコーティングナノ粒子（C-MgO NP, C-ZnO NP）を調製し、クラミドモナスへの投与試験を行った。
培地中のMgをC-MgO NPに置き換えて投与した場合、置き換えなかった場合やMgO NPで投与した場合より、細胞数の増加が見られた。ナノ粒子の溶解性と細胞成長量の相関を調べたところ、ナノ粒子からのMg溶出速度は細胞増殖速度と相関を持たなかったが、溶出したMg濃度が低下するほど細胞増殖量が向上することがわかった。一方、ZnO NPによる投与を行った場合、同様にC-ZnO NPで投与した場合に細胞数の増加が見られたが、溶出したZn濃度は細胞増殖量と相関を持たず、Zn源からの溶出速度の低下にともない、細胞増殖速度が向上することがわかった。以上のように、ナノ粒子の溶解性を解析することで、Mgのような多量元素と、Znのような微量元素では、細胞増殖に有益な効果を与えるためのストラテジーが異なることを見出すことができた。
また、上記の実験と並行して、コマツナを対象として、土壌栽培におけるZnO NP投与試験を行ったところ、投与量5 mg/Lでは、Znの過剰な蓄積を起こすことなく乾燥重量とSPAD値が増加したが、それ以上の投与量ではZnの過剰吸収が起こり、50 mg/Lでは対照と同程度まで乾燥重量が減少した。以上の結果から、ナノ粒子から溶出したZnイオンが土壌のイオン交換能を介して植物に吸収されることで、土壌においても施肥効果を示すことを見出した。
研究期間を通して、ナノ粒子を投与した際の植物細胞の成長促進について、ナノ粒子の溶解挙動から理解するとともに、表面修飾により溶解性を制御することで、細胞成長に有利となるナノ粒子造粒法を確立することができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
