2019 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 – 2021-03-31
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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観察することは細胞の状態を解析する上での重要な指標となりうる。培養細胞の代謝活性を測定することで細胞薬剤の評価などが可能となるが、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する。さらに、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、昨年度までに開発した通常の培養環境下で長時間、安定して細胞を測定可能なSECMを利用して、標的細胞に選択して薬剤を添加し、その応答を評価するための技術の評価を進めた。さらに、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る心筋細胞を対象にし、開発したシステムを適用して解析方法の開発を進めている。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、マイクロ電極先端に固定化する酵素量を増加させるために、電極表面にナノメートルサイズの凹凸を形成する手法を開発中である。
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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
令和元年度は、昨年度までに開発した、培養環境下で細胞の薬剤応答を測定可能なSECMシステムを利用して心筋細胞などの評価を進めた。標的となる細胞に選択して薬剤を添加し、薬剤による拍動の変化の解析が可能となった。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、代謝物を選択的に測定するために有効となると考えられる規則的な凹凸形状の形成が可能となった。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 |
令和2年度は、ナノスケールの凹凸を形成したマイクロ電極表面にDNAを足場として酵素を固定化したセンサプローブと、細胞を培養しながら測定可能なSECMを利用して、細胞レベルでのエネルギー代謝の評価を進める。
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| Causes of Carryover |
細胞を解析するシステムの開発は進んでいるが、その評価対象として心筋細胞などの培養細胞を測定している。これらの細胞は動物由来の細胞であり入手した時期による変動があることから、再現性を確保するためには、より精緻な検討が必要となるため次年度使用額が生じた。
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