原子間力顕微鏡による超高速細胞レオロジー分離技術の開発

• Project Area: Hyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation
• Project/Area Number: 24106501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 岡嶋 孝治 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (70280998)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 細胞レオロジー / 細胞パターニング / 高速計測 / 超高速計測 / ポアソン比

Research Abstract

生細胞の力学特性は、細胞運動、細胞分裂、細胞間情報伝達等の細胞機能と密接に関係している。従って、細胞で構成されるバイオ材料を開発するためには、その細胞力学特性を精密に計測することが重要である。また、細胞を集積化し、3次元細胞システムであるバイオアセンブラを構築するためには、細胞素単位の力学特性を超高速に計測することが不可欠である。本研究では、細胞システム構築に有用な膨大な数の細胞素単位を力学的・統計的に分離する高速AFM細胞粘弾性（レオロジー）計測技術を開発し，細胞レオロジーの高速な統計解析を可能にした．高速AFM細胞レオロジー装置の操作を簡便にし、再現性のある細胞判定・分離が可能なシステムの自動化を行った。これにより、AFM装置開発に携わる研究者と3次元細胞システム構築に携わる研究者との密接な連携が可能となり、AFM技術による細胞判定・分離を行うための基礎技術が確立された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Atomic force microscopy measurements of mechanical properties of single cells patterned by microcontact printing (2014)
  • Author(s): R.Takahashi, S. Ichikawa, A. Subagyo, K. Sueoka, and T. Okajima*
  • Journal Title: Advanced Robotics Volume: 28 Issue: 7 Pages: 449-455
  • DOI: 10.1080/01691864.2013.876933
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 原子間力顕微鏡による細胞力学の定量計測（解説 ) (2014)
  • Author(s): 岡嶋孝治
  • Journal Title: 検査技術 Volume: 4 Pages: 2-6
• [Journal Article] Quantifying Cell-to-Cell Variation in Power-Law Rheology (2013)
  • Author(s): P.G. Cai, Y. Mizutani, M. Tsuchiya, J. M. Maloney, B. Fabry, K. J. Van Vliet, T. Okajima*
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 105 Issue: 5 Pages: 1093-1102
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.07.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale fluctuations on epithelial cell surfaces investigated by scanning ion conductance microscopy (2013)
  • Author(s): Y. Mizutani, M.-H. Choi, S.-J. Cho, T. Okajima*
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 102 Issue: 17
  • DOI: 10.1063/1.4803469
  • NAID: 120005297915
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 原子間力顕微鏡による細胞レオロジー測定（総説） (2013)
  • Author(s): 岡嶋孝治
  • Journal Title: 日本膜学会「膜」 Volume: 38 Pages: 76-81
• [Presentation] 原子間力顕微鏡による単細胞レオロジーの定量マッピング測定 (2013)
  • Author(s): 市川諭、高橋亮輔、岡嶋孝治
  • Organizer: 第６０回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大（神奈川）
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] イオンコンダクタンス顕微鏡による細胞膜揺らぎの定量評価 (2013)
  • Author(s): 水谷祐輔、石倉禅、Myung-Hoon Choi、Sang-Joon Cho、岡嶋孝治
  • Organizer: 第６０回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大（神奈川）
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Nanoscale cell membrane fluctuations measured by scanning ion conductance microscopy (2013)
  • Author(s): Y. Mizutani, Z. Ishikura, M.-H. Choi, S.-J. Cho, T. Okajima
  • Organizer: Biophysical Society 57th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Philadelphia（USA）
  • Year and Date: 2013-02-01
• [Presentation] 単一細胞・細胞集団のメカニクス (2013)
  • Author(s): 岡嶋孝治
  • Organizer: バイオオプティクス研究会
  • Place of Presentation: 東京（東京農工大）
  • Invited
• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡による細胞力学物性解析 (2013)
  • Author(s): 岡嶋孝治
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第57回シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋（愛知県産業労働センター）
  • Invited
• [Presentation] Quantifying spatial and temporal variation in cell mechanics by scanning probe microscopy (2013)
  • Author(s): Takaharu Okajima
  • Organizer: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)/21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM21)
  • Place of Presentation: つくば（つくば国際会議場）
  • Invited
• [Presentation] Apical cell shape fluctuations quantified by scanning ion conductance microscopy (2013)
  • Author(s): Y. Mizutani, Z. Ishikura, K. Shigetomi-Kuribayashi, M.H. Choi, S.J. Cho, T. Okajima
  • Organizer: International Symposium on Morphological Sciences (XXIII ISMS 2013)
  • Place of Presentation: 新潟（朱鷺メッセ）
  • Invited
• [Presentation] High-throughput Measurements of Cell Mechanics Using Atomic Force Microscopy with Micro-patterned Substrates (2013)
  • Author(s): Ryosuke Takahashi*, Kaori Kuribayashi-Shigetomi, Masahiro Tsuchiya, Agus Subagyo, Kazuhisa Sueoka, Takaharu Okajima
  • Organizer: 24th 2013 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(From Micro & Nano Scale Systems to Robotics & Mechatronics Systems
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋大）
• [Presentation] Development of an atomic force microscope for measuring mechanical properties of cell population (2013)
  • Author(s): Yuki Ochi*, Masahiro Tsuchiya, Yuki Saito, Takaharu Okajima
  • Organizer: 24th 2013 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(From Micro & Nano Scale Systems to Robotics & Mechatronics Systems
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋大）
• [Presentation] Spatial dependence of membrane fluctuations of cells on micro-patterned substrates measured by scanning ion conductance microscopy (2013)
  • Author(s): Z. Ishikura*, K. Kuribayashi-Shigetomi, Y. Mizutani, Y. Fujii, M.-H. Choi, S.-J. Cho, T. Okajima
  • Organizer: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)/21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM21)
  • Place of Presentation: つくば（つくば国際会議場）
• [Presentation] Cell cycle dependence of cell mechanics investigated by traction force microscopy (2012)
  • Author(s): R. Mizuto, Y. Sakai, R. Takahashi, T. Okajima
  • Organizer: 25th Annual and International Meeting of the Japanese Association for Animal Cell Technology (JAACT2012)
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知）
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] Takaharu Okajima Fluctuations of single cells measured by atomic force microscopy and scanning ion conductance microscopy (2012)
  • Author(s): Takaharu Okajima
  • Organizer: 3rd Kanazawa Bio-AFM Workshop
  • Place of Presentation: 金沢KKRホテル（石川）
  • Year and Date: 2012-11-05
• [Presentation] イオンコンダクタンス顕微鏡による細胞膜揺らぎの測定 (2012)
  • Author(s): 水谷祐輔、市川諭、石倉禅、岡嶋孝治
  • Organizer: 第５０回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 細胞シート１軸延伸測定法による時間依存力学測定 (2012)
  • Author(s): 土屋雅博、水谷祐輔、岡嶋孝治
  • Organizer: 第５０回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いた単一細胞レオロジーの高速・精密測定法の開発 (2012)
  • Author(s): 高橋亮輔、市川諭、岡嶋孝治
  • Organizer: 第５０回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いた細胞力学計測 (2012)
  • Author(s): 岡嶋孝治
  • Organizer: 日本ロボット学会第３０回記念学術講演会、バイオマニピュレーション
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • Year and Date: 2012-09-17
  • Invited