2018 Fiscal Year Research-status Report
DNAを利用した一細胞代謝解析のための酵素固定化電極の開発と心筋細胞評価への応用
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17K05917
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平野 悠 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 (70415735)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電気化学 / マイクロ・ナノ電極 / 心筋細胞 / DNA / SECM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命の維持には外部から取り入れた有機物や無機物を原料として、必要なエネルギーなどを生産する必要がある。この反応は、代謝経路と呼ばれる複雑な化学反応により構成されており、代謝により消費や産生される物質を評価することは、疾病や分化の重要な指標となる。例えば、心筋細胞では常に多くのエネルギーを必要とすることから代謝の異常は重大な疾患に繋がり、細胞単位で代謝を評価することは医薬品などの研究開発において不可欠となっている。しかしながら、従来の細胞の代謝活性測定では対象となる細胞群が均質でない場合が多く、定量性が課題となることがあった。そこで、本研究では、細胞と同程度の大きさを有する針状マイクロ電極の表面に複数種の酵素を固定化し、細胞近傍に配置することで、局所の代謝物濃度をリアルタイムで観察する技術を開発し、細胞にダメージを与えることなくその動態を観察できる走査型電気化学顕微鏡(SECM)と組み合わせて、標的となる細胞を選択して一細胞レベルでエネルギー代謝を評価することを目指している。今年度は、細胞のエネルギー代謝は温度やpHなどの培養環境の変化に大きな影響を受けることから、SECMを利用してこれらの細胞を正確に評価するために、通常の培養環境下で長時間、安定して測定し、薬剤応答を評価するための技術開発を進めた。また、細胞の代謝物を評価するためのセンサプローブの開発では、マイクロ電極表面の立体構造についても検討し、ナノメートルサイズの規則的な凹凸を形成することで酵素の固定化量が大幅に増加する可能性を見出した。
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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
平成30年度は、研究実施計画に基づいて細胞を評価するためのSECMシステムの改良に取り組み、培養環境下で薬剤応答を測定可能な細胞評価系を構築して論文発表した。また、細胞の代謝物を測定するためのマイクロ電極表面形状の検討を進め、高感度化に向けた知見を得ることができた。従って、今年度の本研究課題は概ね計画通りに進んでいると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は、DNAを足場としてマイクロ電極に酵素を固定化したプローブとSECMを利用して、細胞レベルでのエネルギー代謝を評価する予定である。
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| Causes of Carryover |
細胞の培養状況などにより、予想外に細胞準備に時間を要し、細胞解析を進めるための画像取得、解析に必要なツール群の購入が遅れたことから次年度使用額が生じた。平成31年度にはこれらのツール群の購入と共に、センサプローブ作成に利用するオリゴ核酸、測定対象となる細胞培養関連試薬などを購入する予定である。
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