2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of photonic crystal resonator for epigenome analysis
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19H04451
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
遠藤 達郎 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40432017)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / ナノ共振器 / ナノインプリントリソグラフィ / バイオセンサ / エピゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」を設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色で解析可能にし、③アルツハイマー病とDNAメチル化率の相関を明らかにすることにある。
当該年度では、前年度に設計したフォトニック結晶ナノ共振器の作製とDNAハイブリダイゼーションを用いたメチル化DNAの非染色検出を行った。フォトニック結晶ナノ共振器は、電子線描画装置および反応性イオンエッチング装置を用いて鋳型を作製した後、ナノインプリントリソグラフィーおよび液相析出法を用いて二酸化チタンを基材とするフォトニック結晶ナノ共振器を作製した。
また、作製したフォトニック結晶ナノ共振器は、特定の塩基配列を有するプローブDNAを固定化した後、異なる濃度に調製したターゲットDNA溶液あるいは配列中のシトシンへメチル基を付与したターゲットDNA溶液を滴下、ハイブリダイゼーションさせることによって誘起される周辺屈折率変化を反射スペクトル変化として観察した。その結果、メチル化ターゲットDNA、非メチル化ターゲットDNAとでそれぞれ異なる光学特性変化を示すことが観察された。この結果から、本研究で作製したフォトニック結晶ナノ共振器が非染色でDNAのメチル化を検出可能であることが明らかとなった。
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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
本研究では、これまでの実績よりも更なる高感度化に成功している点に加え、当該年度ではメチル化・非メチル化の判定に成功したことから概ね順調に進展していると判定する。加えて、メチル化シトシンに対して特異的に結合する抗体を用いて評価を行った結果においても同様にメチル化・非メチル化の判定が可能であったことから、今後さらなる高感度化を進めることでメチル化率の評価にも応用可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、①さらなる高感度化を指向した構造設計改善、②作製精度・再現性向上、③疾患モデル配列を用いたメチル化検出・メチル化率評価を実施することを計画している。これら項目を実施し、既存技術と比較することで本研究で開発したデバイスの有用性を明らかにする。
また、本研究で開発したデバイスを基に、エピゲノム解析用デバイスとしての応用展開だけでなく、光を駆使した「塩基配列解析」、「タンパク質修飾」、「アミノ酸配列解析」などタンパク質の解析も含めた新しい応用展開についても視野に入れた研究開発を推進することを計画している。
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