2018 Fiscal Year Annual Research Report
細胞刺激応答の非破壊的モニタリングを実現するクルードタンパク質メトリクス法の創製
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17H04884
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
冨田 峻介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (50726817)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオメトリクス / 機械学習 / タンパク質 / 高分子 / セルベースアッセイ / 幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、主に環境応答性蛍光団を導入したカチオン性高分子アレイの生体試料評価への応用可能性を詳細に調べた。 前年度に開発した「多様な緩衝液に溶解させたダンシル基修飾ポリリジンを配置したアレイ」を利用することで、培地中の肝臓細胞分泌タンパク質やヒト由来細胞を対象とした場合でも、その個性を反映した応答パターンを獲得できることを見出した。このパターンを線形判別分析によって解析することで、分析物の高精度な同定が可能であった。こうした優れた識別能に着目し、非破壊的細胞評価への応用を進めた。具体的には、ポリアミドアミンデンドリマーや分子量の異なるポリリジンなどの様々なカチオン性高分子にダンシル基を導入した分子セットを作製し、このアレイを用いた細胞分泌タンパク質含有培地サンプルの評価を試みた。その結果、夾雑成分を多量に含む血清が培地に添加されている場合でも、細胞から分泌された分子の組成を認識できることが判明し、この解析によって、細胞株の種類や密度に加え、がん細胞のコンタミネーションなどを非破壊的に検出・同定することに成功した。また、同様のアプローチによって、線維芽細胞（TIG-1）の複製老化過程の非破壊的モニタリングも実現している。さらに、識別能のさらなる向上を目的として、環境応答性蛍光団としてフルオレセインを、相互作用の多様化のために疎水性アミノ酸を導入したポリエチレングリコール/ポリリジンブロック共重合体の分子セットを新たに合成した。これらの分子を配置したアレイによって、過去最高の20種類のタンパク質や10種類の細胞の識別を実現した。
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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
環境応答性高分子を配置したアレイを中心に検討を進めた結果、交差反応型センシングによって細胞の複製老化過程を非破壊的にモニタリングすることに成功し、さらには血清が培地中に含まれている状況であってもセンシング系の適用が可能なことを示した。細胞培養に使用する培地には、通常、血清が加えられるが、血清中にはアルブミン等の夾雑成分が多く含まれるために、細胞から分泌される微量分子由来の応答がマスキングされることが懸念されていた。しかし、本研究で開発された高分子アレイは、夾雑成分に由来する高いバックグラウンド応答の存在下でも、分泌分子による培地組成変化に関する情報を抽出する能力を有する。これは汎用性の高い非破壊的細胞モニタリング法を構築するうえで重要な知見である。以上の成果から、当初の計画通りに研究が進展したと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1] 様々な刺激応答モニタリングへの応用：分化誘導因子や老化促進因子、医薬品候補物質などを添加した後の培養細胞の状態変化を、開発した材料を用いた交差反応型センシングによって非破壊的にモニタリングできるかを検討する。わずかな状態の差異を認識するための材料の高機能化や、より多様なクルードサンプルへの適用可能性に関しても合わせて調査する。
[2] マイクロ流体デバイスへの評価系の搭載：交差反応型センシングによって細胞状態をモニタリングする際、培地サンプルの回収から評価までを自動化できることが望ましい。そこで、開発した評価系をマイクロ流体デバイスに搭載し、培養系と評価系の一体化を目指した検討を進める。
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