2019 Fiscal Year Annual Research Report
Odor reproduction using odor biosensor
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18H03773
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中本 高道 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20198261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 嗅覚受容体 / 匂いバイオセンサ / 能動センシング / 嗅覚ディスプレイ / 水晶振動子センサ / 混合臭濃度定量 / 要素臭 / 蛍光応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嗅覚受容体発現細胞の作出では、キイロショウジョウバエの嗅覚受容体（Or82a、Or49b）を、共受容体およびカルシウム感受性蛍光タンパク質とともに遺伝子導入したSf21細胞から細胞系統を選抜することにより、数か月の培養後も対象臭に対して高い応答性を維持する細胞系統を作出した。作出した細胞系統の匂い選択性を評価した結果、Or82a細胞系統はゲラニルアセテートに高い選択性で応答する一方、Or49b細胞系統は2-メチルフェノールやベンズアルデヒドといった匂い物質に広く応答することが分かった。また、濃度応答性を評価した結果、いずれの細胞系統も対象臭に対して1uMから濃度依存的に蛍光強度を増加することが分かった。以上により、匂い検出素子として、長期間にわたり嗅覚受容体の選択性に従って対象臭を検出できる2種類の細胞系統の作出を完了した。
次に蛍光応答測定の繰り返し数を増大させることを行った。蛍光退色を低減するために、励起光の強度を弱くすることにより退色の問題を解決した。その結果、これまで数回程度しか連続測定できなかったのが、２０回連続測定が可能になった。そこで、能動センシング法を用いて、1-octen-3-ol, geosmin混合臭の濃度定量を行った。嗅覚受容体応答は非線形性が強く線形重ね合わせが成り立たないが、粗い濃度定量は可能であることがわかった。
それから水晶振動子を使用した匂いバイオセンサでは応答測定は可能であるが、高湿度下ではセンサ応答がなかなか安定させることができなかったため、薄い液膜を水晶振動子上に保持する等の手法が必要になる。
嗅覚ディスプレイに関してはSAW霧化器とマイクロディスペンサを用いて20成分調合可能な嗅覚ディスプレイを製作した。当初、調合が不完全であったがユーザに香りを送るファンの位置を調整することにより、適切に調合された香りを作り出すことができた。
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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
嗅覚受容体発現細胞の作出では、2種類の嗅覚受容体を対象に、匂い検出素子として、長期間にわたって対象臭を検出できる細胞系統を作出することに成功した。現在までに、このような対象臭を検出できる複数種類の細胞系統の作出に加えて、嗅覚受容体を遺伝子導入したSf21細胞から匂い検出素子となる細胞系統を選抜する一連の手法の確立を達成しており、本手法を多数の嗅覚受容体に適用することが可能となってきた。
また、能動センシング法は逐次探索の手法のために繰り返し測定の再現性が重要である。蛍光応答測定における励起光強度を調整することにより、これまでより飛躍的に繰り返し測定数を増加させることができ、その結果能動センシング法を適用可能になった。この点は2019年度の大きな成果である。しかし、水晶振動子を用いた匂いバイオセンサに関してはごくわずかの湿度変化にセンサが応答したりするので、まだ十分とは言えないので次年度改善する。
嗅覚ディスプレイに関しては、20成分嗅覚ディスプレイを開発することができた。SAW霧化器とマイクロディスペンサを用いた嗅覚ディスプレイは、1成分、８成分と成分数を増加させてきて、今回20成分調合嗅覚ディスプレイを開発することができた。精油の香りを再現するためには20成分程度の調合が必要である。次年度はこの装置をさらに改良して、香り再現精度を官能検査で確かめる予定で順調に進展している。
以上より、おおむね当初の計画通りに研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
嗅覚受容体発現細胞の作出では、これまでに確立してきた細胞系統の作出手法を多数の嗅覚受容体へと発展させて、最終目標である異なる対象臭を検出する多くの細胞系統の作出を目指す。その推進方策としては、データベースで匂い応答特性が明らかなキイロショウジョウバエの多数の嗅覚受容体を対象に、確立した手法に従って蛍光応答を示す細胞系統を作出し、各種匂い物質に対する選択性や濃度応答性を明らかにする。そして、データベース中の応答特性と比較することにより、生体がもつ応答特性と類似した蛍光応答を示す10種類以上の新規細胞系統を作出する計画である。
混合臭の濃度定量に関しては、今後成分数を拡張して実験を行う。2019年度は２成分の基礎実験であったが、2020年度は４成分以上に拡張して濃度定量を行う。そして、対象臭と濃度定量で得られた調合臭を比較して類似した香りが生成できるかどうかを調べる予定である。
水晶振動子を用いた気相測定は来年度はネットワークアナライザとマイクロディスペンサを組み合わせて薄い液膜を精度よく保つ方法を検討する。嗅覚受容体表面に薄い液膜を精度よく保持することは、匂いバイオセンサの性能を引き出す上で大変重要である。本手法は新規性の高い方法であり2020年度に挑戦したい。
嗅覚ディスプレイに関しては、まだ安定性を増すためにハードウエアの改善が必要である。来年度はマイクロディスペンサと小型送液ポンプを組み合わせた方法を検討する。しかし、大規模な調合可能な嗅覚ディスプレイの骨格は既にできており、この嗅覚ディスプレイを用いて精油の香りの近似的再現を試みる。その後、精油の要素臭構成比をライブラリ化して様々な香りを迅速に変えて提示できるシステムにしたい。
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