Development of a nanopore trapping method for comprehensive analysis of single-cells

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14098
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 有馬 彰秀 大阪大学, 産業科学研究所, 特任助教(常勤) (20781347)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ナノポア / 電気泳動 / マイクロ・ナノデバイス / バイオセンサ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、ナノ-マイクロスケールの細孔(ポア)に単一の細胞を電気的に捕捉し、その際のイオン電流変化から細胞の低侵襲なリアルタイム状態分析を行うことと、ポアに組み込んだ横方向電極を利用したパルス電場による細胞への干渉を行い、一定の状態制御を行う包括的な1細胞解析法を創成することを目的としている。
本年度は、低アスペクト比ポアデバイスを用いた細胞捕捉の計測系構築とその実証を行った。微細加工技術により、フリースタンディングな窒化膜にポアを作製し、マイクロ流路を有するシリコーン樹脂(PDMS)ブロックを貼り合わせることでイオン電流計測のためのポアデバイスとした。通常ポアを用いた計測では、検体通過時のイオン電流変化を分析の指標にしているが、本研究課題ではポア径を検体よりも小さく設計することにより、1細胞レベルでの捕捉を可能にしており、電圧の極性を反転させることで簡便な捕捉脱離を行っている(ナノポアトラップ法)。当該プロセスを実施するために、電圧印加及びイオン電流計測のためのプログラムを新規に作成し、カルボキシ基修飾ポリスチレン微粒子(粒子径6 μm)での検証を行い、微粒子の捕捉脱離を確認した。生体試料へ適用可能かを確認するため、ラット副腎褐色細胞種由来の細胞(PC-12)の培養系の構築も行い、1細胞状態にした細胞分散液の計測を行った。その結果、1細胞の捕捉に由来すると考えられるイオン電流の減少が確認された。これによりナノポアトラップ法が当該細胞に対しても適用可能であることを実証した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計測対象となっている細胞のための培養環境を一から構築し、そのハンドリングについても指導を受け習得した。また、本研究課題で用いるナノポアトラップ法が細胞に対しても適用可能であることを実証した。その際、計測・解析プログラムも刷新した。従来のものより拡張性を持たせ、来年度の目標となるパルス電場印加のプロセスも組み込めるようにしており、来年度の研究の円滑な遂行に資すると考えられる。横方向電極組込ナノポアについても作製法は既に確立している。

Strategy for Future Research Activity

当該年度までに得られた成果を踏まえ、引き続き、細胞の捕捉時及び捕捉中のイオン電流変化の分析を進める。なお、本研究課題では検体の通過イベントも分析の対象としているが、現在の計測系では時間分解能に不足がある。この状況の改善のために、新規に高精度のソースメジャーユニット(SMU)を導入する予定である。また、パルス電場の印加については、当該のSMUもしくは現有の波形発生器を活用することを考えている。