| Project/Area Number |
22KJ2632
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| Project/Area Number (Other) |
22J22928 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
藤谷 海斗 兵庫県立大学, 兵庫県立大学大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | マイクロ流体デバイス / マイクロ波加熱 / マイクロ化学システム / コンビナトリアル合成 / スクリーニング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、主に化学操作を高密度集積した遠心制御型ディスクとマイクロ波化学の融合による創薬プラットフォームの開発である。個々の工程をバッチ処理で行う既存のスクリーニングシステムは、大幅な多検体化と高速化に制限があった。当研究はマイクロ波励起とサイズ効果の併用による化学合成の飛躍的な高速化と、三次元的な流路の集積による多検体化を実現することで、革新的な創薬システムになると考えられる。本研究の完成は、COVID-19に代表されるパンデミック感染症や癌・遺伝子疾患などの難治性疾患に対する治療薬等の開発促進に寄与すると考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、主に化学操作（混合やろ過など）を高密度集積した遠心力制御型ディスクとマイクロ波(MW)化学の融合による創薬プラットフォームの開発である。さらに薬理評価のためにスクリーニングディスク（細胞培養層）を集積することで、高い反応速度・収率での並列合成とそれらスクリーニング操作が一括で可能な集積化三次元マイクロ化学システムを実現することを目的としている。2023年度は、1. 化学操作集積による医薬品のオンチップ合成、2. 癌細胞のオンチップ培養（スクリーニング層の構築）と医薬品合成層との統合、3. MW照射中軟X線分析システムによる全電子収量軟X線吸収(TEY-XAS)測定を行った。
1. 前年度までに開発した要素技術を用いて、MW加熱チップと複数の化学操作を単一基板上に集積したデバイスを作製し、連続フロー制御による医薬品のオンチップ合成に成功した。開発した本デバイスは、加熱操作以外にも乾燥や固体/液体の同時操作も可能になり、幅広い化学合成への適用が期待される。
2. 細胞培養ができる環境を整え、大腸癌細胞のオンチップ培養（スクリーニング層の構築）を行った。培養は、化学操作の統合が容易なPDMS製デバイス上で行っているため、医薬品合成層とスクリーニング層の統合が容易に行うことができる。また1で試作した医薬品合成チップとの統合を行い、フロー制御による連続操作を検討した。
3. NewSUBARU放射光施設BL9AとMW加熱チップを融合し、従来困難であったMW照射中軟X線分析を初めて実証した。本システムを用い、イオン液体やアンモニアボランのMW加熱中のXASスペクトルの取得に成功した。
以上の研究内容と2022年度の研究成果をまとめ、5件の国内学会および2件の国際学会で発表を行った。また、筆頭著者として3本、連名著者として3本発表した。さらに筆頭著者として、1本投稿中である。
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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
2023年度は、前年度までに開発した要素技術（微細加工プロセス、微細加工技術の高精度化、高効率・高機能化なMW加熱チップ）を用い、MW加熱を含む複数の化学操作を集積した医薬品合成チップ(MW化学合成層)の開発を行った。また開発したデバイス内の流路をフロー制御することで、化学操作(MW加熱を含む)の逐次的操作による医薬品合成が可能になった。またスクリーニング層の構築と、MW化学合成層との統合を目的に、細胞培養の環境を整え大腸がん細胞のオンチップ培養に取り組んだ。細胞培養は、化学操作の統合が容易なPDMS製デバイス上で行っているため、医薬品合成層とスクリーニング層の統合が容易に可能になる。また医薬品合成チップとの統合を行い、シリンジポンプを用いたフロー制御による連続操作を検討した。これらの成果は、本研究で目的としている高速・多検体な創薬スクリーニングシステムを開発する上での重要な知見と基盤技術になる。
さらに前年度に開発したMW照射中軟X線分析システムを用いて、イオン液体やアンモニアボランのMW照射中TEY-XAS測定を行い、MW照射中のXASスペクトルの取得に成功した。マイクロ波化学合成による桁違いな反応の高速化等、その特異的効果を解明する重要な分析システムになると考えられる。以上の理由からおおむね順調に研究が進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず2022年度に開発した医薬品合成層とスクリーニング層を遠心ディスク上に集積し、それを回転による遠心力によって精密に流体制御できる流路構造を設計する。次に設計した流路構造を、2022年度に開発した要素技術を用いて試作し評価する。2024年度前半までに、1ディスク10検体の並列操作を目的にデバイス構造の最適化を行う。2024年度後半には、ディスクを積層し、1システムあたり数百～数千種の医薬品合成とそのスクリーニングを並列操作可能なデバイス構造を設計し実証することを目的とする。
また開発したマイクロ波照射中軟X線分析システムを用いてマイクロ波化学反応の特異効果を解明するには、マイクロ波照射中の電子状態や構造変化を高時間分解な測定が必要であることが分かった。高時間分解分析が可能なビームラインに合わせて、MW化学セルを再設計し、マイクロ波化学反応の特異効果の有無について引き続き調査する。
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