2021 Fiscal Year Annual Research Report
A Production Device for Lipid Bilayer Bioreactor and Its Application for Biomarker Detection Technology
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19H02576
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
鈴木 宏明 中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リポソーム / マイクロ流路 / RNA / 増幅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，マイクロ流体工学を用いて簡便かつ高効率にナノ~ピコリットルサイズの巨大脂質膜小胞(ジャイアントユニラメラベシクル，GUV)を区画としたバイオリアクターを製造する方法を確立し，がんなどの疾患バイオマーカの高感度検出に応用することを目的とした．現在，マイクロドロップレットを利用した生化学分析法が市場で製品化されるまで成熟したが，細胞の区画である脂質二重膜を容器として用いた系は，応用用途をさらに広げる可能性があるものの，基礎研究段階にとどまっている.その大きな要因として，均一・均質な膜小胞を製造する方法が未成熟であることが挙げられる．本研究では，マイクロ流路を用いて均一なダブルエマルションを作製し，それをテンプレートとして均一なGUVを得る方法を第一の目標として掲げた．さらに，申請者の研究室で開発したGUV内RT-PCR法(Tsugane & Suzuki, Sci. Rep., 2018)と組み合わせ，体液中に存在する疾患マーカーであるエクソソーム内mRNAとmiRNAを増幅反応により得意的に高感度で検出する基礎技術を開発することを第二の目標とした．3年目である2021年度は，2020年度に完成させたマイクロ流路を用いたW/O/W液滴の形成と，それに続くデウェッティング現象を利用した液滴からのリポソーム形成の結果をより精緻化し，原著論文として公表した．さらに，その応用として，GUV内でタンパク質合成およびmiRNAを等温増幅させる反応系が動作する条件の検討を行なった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
マイクロ流路を用いた均一GUVの形成法は，完成の域に達し，再現性よく均一なGUVを得ることができるようになった．そのため，多くの条件を探索することが可能となり，様々な成分がGUV形成に与える影響を詳細に評価することができた．その成果は，Sensors and Actuators B誌に原著論文として掲載された．また，この方法について特許出願を行なった．さらに，この系を用い，均一GUVの内部で無細胞タンパク質合成系が動作する条件検討も行い，その内容を２報目の論文として執筆中である．並行して，界面通過法で作成したGUVを用い，その中でmiRNAを起点とした核酸の等温増幅反応が進行する条件を詳細に調べ，方法を確立した．未発表であるため詳細な記述は控えるが，擬似細胞としての膜小胞内で特定の核酸配列の高感度検出につながる結果を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
今回開発した，マイクロ流路を用いた均一GUV形成法の応用範囲を拡張する．現在，GUV内で無細胞タンパク質合成系が動作する条件は確立した．今後は，特に膜タンパク質の再構成が実現すれば，脂質膜を用いたバイオリアクタとしての特徴を最大限に発揮できるため，その方向を重点的に進める．また，共同研究により，均一GUV内でのDNAゲルの形成過程の観察や，アクチンフィラメントの構成などの副テーマが進行中である．当初の目標であったmiRNAの検出用途にも，プロミシングな結果を得ている．膜融合をトリガーとした検出方法を確立することで，疾病診断用途への応用が広がると期待している．
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