2018 Fiscal Year Research-status Report

A gene delivery microdevice for single cells

Research Project

Project/Area Number	18K19942
Research Institution	Meijo University
Principal Investigator	熊谷慎也名城大学, 理工学部, 教授 (70333888)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小林未明奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60393807)
Project Period (FY)	2018-06-29 – 2020-03-31
Keywords	シングルセル / 遺伝子導入 / プラズマ
Outline of Annual Research Achievements	細胞の形質を積極的に制御するために、遺伝子導入が行われている。遺伝子治療で、これまで難病とされていた病気を治す道が拓けている。様々な遺伝子導入手法があるが、遺伝子の導入効率が低いことや個々の細胞ごとに発現にバラつきが生じることが問題である。近年、工学的なアプローチであるが、大気圧条件下で生成される常温のプラズマ（電離気体）が、細胞への遺伝子導入に使用されている。プラズマの化学的・電気的・光学的性質に由来する反応性を利用して、高効率に遺伝子導入が行われている。本研究では、このプラズマ技術と、マイクロ電気機械システム(MEMS)技術を駆使し、プラズマ照射型シングルセル遺伝子導入デバイスを開発する。一細胞に対して確実に遺伝子導入を行って、その細胞をマイクロウェル構造の中で増殖させることで、同じ遺伝情報を持つ細胞群（クローン）を高い効率で作り出す。期待される応用として、iPS細胞の樹立には山中4因子を導入する必要があり、樹立確率は１％程度と低いが、本手法で各因子を細胞内に確実に導入し、高効率に初期化できる可能性がある。本研究には、医工学関連分野でのイノベーションを起こす第一歩となる意義がある。 2018年度においては、まず、一細胞に対してプラズマを照射するためのマイクロデバイスの試作を行った。文科省ナノテクプラットフォーム事業を活用し、近隣の大学の微細加工設備を利用し、マイクロデバイスを作製した。一方で、細胞に対してプラズマを照射するための実験システムを構築した。更に、マイクロデバイス内で細胞を培養することに成功した。この培養細胞に対してプラズマを照射したところ、細胞の形状が大きく変化したことから、プラズマからの影響が細胞に到達していることが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason マイクロデバイスを用いた実験を行う一方で、プラズマ照射による細胞内への遺伝子導入実験に向けて、検討を進めている。プラズマ照射による細胞内への物質導入の促進条件を見出すため、扱いの容易な蛍光試薬を用いて、プラズマ照射強度と、物質導入量（蛍光強度）との相関を評価した。その結果、物質強度が最大となる実験条件を見出しつつある。マイクロデバイスを用いた実験で、培養細胞に対するプラズマ照射の効果が表れていることから、マイクロデバイスの成果と、物質導入の成果を組み合わせることで、本挑戦的研究（萌芽）の課題を達成できると考えている。
Strategy for Future Research Activity	研究代表者（名城大熊谷）と研究分担者（奈良先端大小林）との間で、相互に研究施設を訪問する機会を増やし、互いに実験技術を提供する。二つの研究施設で同様に実験を進めることを可能にし、研究の一層の推進をはかる。
Causes of Carryover	研究費を有効に活用するため、使用の用途を熟慮した上で研究費を執行している。 2018年度からの繰越額が発生しているが、2019年度において有効に活用する。