Electrochemiluminescence imaging systems for cell activity and morphology
| Project/Area Number |
23K23370
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| Project/Area Number (Other) |
22H02102 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊野 浩介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00509739)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 電気化学発光 / 細胞解析 / バイオ分析デバイス / 細胞培養プラットフォーム |
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| Outline of Research at the Start |
R4交付申請書と同じ内容を示す。目的の欄で述べた事を達成するために、本研究では電気化学発光現象に注目した。電気化学発光はルミノフォアを電気化学反応させることで電極近傍を発光させる現象であり、ルミノフォアや共反応物の濃度を計測したり、電極界面の情報を取得できたりする。蛍光と違い励起光が必要ないため高感度であり、1枚の電極で広範囲の電気化学反応を可視化できるため、従来の電気化学測定に比べ、多くのサンプルを計測できる。本研究では、細胞機能・形態を電気化学発光シグナルに変換できるシステムを考案する。これにより、これまで見ることが困難であった細胞機能・形態をラベルフリーで計測できるシステムを完成させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、細胞機能・細胞形態を電気化学発光シグナルに変換できる機構の考案、電極界面での電気化学発光メカニズムの解明、細胞計測に向けた電気化学発光物質の探索、細胞計測を達成するための電気化学デバイスの開発を行った。以下に詳細を述べる。
（１）電気化学発光メカニズムの解明・電気化学発光物質の探索：ルミノフォアと共反応物の濃度比を変化させることで、発光させる箇所を電極表面の近傍だけにするのか、遠方まで広げるのかを制御できることを、サイクリックボルタンメトリーの結果から示唆した。電気化学的に溶存酸素から生成した過酸化水素を共反応物として利用する戦略を精査し、電気化学発光シグナルを得られるような最適化を行った。
（２）細胞機能関連物質を電気化学発光シグナルに変換できる機構の考案：細胞分泌物を電極基板に捕捉してから電気化学発光で計測した。その結果、薬剤における細胞分泌物量の変化が観察された。この内容をまとめ、論文投稿中である。
（３）細胞形態・トポロジーを電気化学発光シグナルに変換できる機構の考案：血管内皮細胞が電極に接着した時、電気化学発光が電極上で阻害される。この部分を観察することで、細胞接触に様子を電気化学発光イメージとして可視化することに成功した。インピーダンス測定との比較も行っており、現在、データを解析中である。
（４）細胞計測を達成するための電気化学デバイスの開発：電極の流路デバイスへの組み込みや細胞培養を実施した。流体刺激における細胞形態変化を電気化学発光イメージで捉えられていないが、実験条件の最適化を2023年度に行い、再度の解析を行う予定である。
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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
上記したように概ね計画通りに進んでおり、細胞の電気化学発光イメージングデバイスの開発や学理の探求が順調に行われている。投稿中の論文を含む、複数の論文を投稿予定であり、このことからも順調に進んでいることが分かる。一方で、検討した細胞種はガン細胞や内皮細胞に限定されており、今後は様々な細胞種の計測を考えている。これにより電気化学発光イメージングの適応範囲が広がり、細胞計測における一般化が進むことを期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記したように、様々な細胞種を用いた計測を実施する。また研究をさらに進めるために、バイオ物質の電気化学発光イメージングを行っている国内の研究者に研究協力者として参画を依頼予定である。得られた研究成果を国内外で発表予定であり（ケミナス、MicroTAS、分析化学会大会など）、電気化学発光の研究に関するネットワークを強固にするとともに、該当分野の啓蒙を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(18 results)
