2019 Fiscal Year Annual Research Report
Photo-electroporation: versatile and massively parallel intracellular delivery using TiO2 nanotubes
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19F19365
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
永井 萌土 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580557)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LOGANATHAN MOHAN 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-11-08 – 2022-03-31
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| Keywords | 光電気穿孔法 / ナノ秒パルスレーザ / オプトポレーション / ナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，細胞治療と診断に適用可能な汎用・高効率の細胞内デリバリーのために，新しいトランスフェクションの手法を確立することを目指している。新たに「光電気穿孔法：酸化チタンナノチューブを用いた超並列汎用細胞内デリバリ技術の開発」を確立する。
当該年度の本研究では、チタン上に陽極酸化と金スパッタリングにより金ナノリングを作製し，パルスレーザーを用いた高効率な細胞内送達への影響を調べた。まずチタン板上に電気化学的な陽極酸化法により，酸化チタンのナノチューブを形成した。続いて金のスパッタリング法を用いて，酸化チタン状に金ナノリングを堆積した。このようにナノチューブ上に金ナノ粒子を担持して金ナノリングを形成すると，金ナノリング界面近傍の電磁場が増強され，表面プラズモニック共鳴（SPR）を引き起こす可能性がある。
金ナノリングを作製した後，HeLa細胞を基板上で一晩培養した。その後，金ナノリング上のコンフルエントになった細胞を輸送分子と一緒に導入し，オプトポレーション実験を行った。金ナノリング上にオプトポレーションを施した後のHeLa細胞の蛍光画像を得た。赤色の蛍光からは，ヨウ化プロピジウム（ＰＩ）色素がうまく送達された細胞を示している。緑色の蛍光は，生きた細胞の数を示している。最適化されたレーザー照射パラメータに対して、金ナノリング上のHeLa細胞では、送達後の細胞生存率が高いことがわかった。
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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
計画していた通り，酸化チタンのナノチューブの形成ができている。さらにはオプトポレーションも実施しており，細胞実験にも取り組んでおり，おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得た技術を元に，Ti金属上にTiO2ナノチューブ(直径30~100nmおよび二つのナノチューブ間のギャップ10~50nm)を作製し，さらに金をスパッタリングする。表面増強プラズモンの効果が発生するかを確認する。FE-SEMやXPSなどの表面分析装置を用いて，形成されたナノチューブを解析する。
TiO2ナノチューブアレイと金のナノリングを用したナノチューブアレイを形成した後，ナノチューブ表面の上部で，異なるがん細胞または線維芽細胞を一晩培養する。532nmのパルスレーザを照射し，細胞内デリバリを実現させる。導入する物質は，最初低分子の蛍光色素，続いて4kDa程度の蛍光色素，最後にプラスミドDNAとする。 COMSOLを用いた電場解析も行い，表面増強プラズモンについても解析を進める。
技術補佐員が研究員の実験実施を補助して研究を促進する。さらにパルス電圧も印加して，デリバリが増強されることを確認する。
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