2012 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of nano-plasma control technique and biological function control by localized plasma irradiation
| Project Area | Plasma medical innovation |
|---|
| Project/Area Number |
24108004
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
金子 俊郎 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30312599)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10302225)
加藤 俊顕 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20502082)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
|
| Keywords | ナノプラズマ / カーボンナノチューブ / 遺伝子導入 / 生体機能制御 / 局所プラズマ照射 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンナノチューブ（CNT）先端にナノサイズのプラズマを生成・制御する技術を創製し，ナノプラズマ局所照射により生体機能を制御することで，高効率・低侵襲で遺伝子を細胞質内に導入する新しい遺伝子治療技術を開発することを目的として，初年度は，CNT先端でのナノプラズマ生成を目指した微小プラズマの生成と計測手法確立，および遺伝子としてのDNAのCNTへの挿入と放出の挙動解明を行った．
1. 10mm角の石英セル内に純水を満たし，そこに挿入した金属電極に最大20kVのパルス電圧を印加することによって，パルスプラズマの生成を行った．また，購入備品である高速度ビデオカメラを用いた測定システムを確立した．電極の幾何学形状を制御することによって，金属先端でマイクロメートルスケールの微小プラズマを生成することに成功した．
2. 電解質プラズマ装置を製作し，遺伝子のCNTへの挿入実験を行った．内直径の比較的太い二層カーボンナノチューブを基板に塗布し，DNA電解質プラズマ（DNA水溶液）の電位に対して正電位を基板に印加することで，100塩基までのDNAを二層カーボンナノチューブ内に挿入することに成功した．
3. DNAを内包した二層カーボンナノチューブを新たに基板に塗布し，挿入時とは逆極性の負電位を印加することによって，カーボンナノチューブ内のDNAが放出されることを実証した．このとき，印加する電圧が高いほど，印加時間が長いほどDNAの放出割合が多いことが分かった．
4. プラズマ照射による遺伝子導入の予備実験として，蛍光色素を用いてプラズマ照射による細胞内への導入実験を行った．ヘリウムを用いたプラズマジェットをマウス繊維芽細胞と蛍光色素を導入した溶液に照射したところ，僅か数秒のプラズマ照射で蛍光色素が細胞内に導入されることが明らかとなった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに，ナノプラズマ生成を目指した微小プラズマの生成と計測を実現しているとともに，直径の太い二層カーボンナノチューブへのDNAの挿入および放出にも成功しており，今後の研究を遂行できる状況にある．さらに，実際の細胞への遺伝子導入の予備実験として，プラズマ照射による蛍光色素の導入も前倒しして実施しており，当初の計画以上に進展していると言える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
ナノプラズマ生成に関しては，金属先端でマイクロスケールのプラズマが生成されることが実証されているので，そのパラメータ（電子・イオン・ラジカル密度，電子温度等）測定を行い，生成されているラジカル・イオンの種類を明らかにする．さらに，金属先端にカーボンナノチューブ（CNT）を成長させ，その先端でナノスケールのプラズマが生成されることを明らかにする．
遺伝子のCNTへの内包・輸送・放出手法開発に関しては，遺伝子のCNTへの内包が実証されているので，この遺伝子内包CNTを標的病変部位へ輸送する手法を開発する．一つは，CNT形成時に用いた磁性ナノ粒子を除去せずに，磁場印加により遺伝子内包CNTを誘導できることを明らかにする．または，能動的に磁性ナノ粒子をCNT表面に形成する手法を開発する．
細胞への遺伝子導入技術開発については，細胞膜へのプラズマ照射による遺伝子導入手法を開発する．プラズマを細胞膜表面で生成して照射し，そのときの細胞膜の変化を高速度ビデオカメラ等を用いて観測する．細胞膜にプラズマが照射されることによって，遺伝子が通過するためのナノポア等が形成されるかどうか，新たな結合が生じているかどうかについて，申請備品のフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定する．
|
