2019 Fiscal Year Annual Research Report
A gene delivery microdevice utilizing atmospheric pressure plasma targeting for single cells
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19H04457
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
熊谷 慎也 名城大学, 理工学部, 教授 (70333888)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
友田 紀一郎 大阪医科大学, 医学部, 准教授 (50362843)
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, 博士研究員 (60393807)
清水 鉄司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70803881)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プラズマオンチップ / マイクロデバイス / 細胞 / 大気圧プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
『刺激を与えて、細胞を制御する』、医工学のみならず生命科学における究極的なテーマといえる。近年、細胞に加える刺激として物質の第4の状態であるプラズマを活用し、医療・生物学に応用する研究が著しく進展している。プラズマ中には、荷電粒子・化学活性種・フォトンといった細胞に作用する活性種が含まれている。これらの活性種に起因する刺激効果は細胞内への物質導入に活用され、高効率な遺伝子導入等が報告されているが、メカニズムは不明な点も多い。そこで本研究では、申請者が開発した、一つの細胞に対して直接プラズマ刺激を加えることの可能なマイクロデバイスを用いて、プラズマ中の活性種に起因する電気／化学／光刺激が細胞に与える効果を明らかにする。これら三つの刺激を協調的に作用させることで、従来の手法を超える、遺伝子等の細胞内部への導入技術確立を試みる。
2019年度は、様々な観点から研究を推進した。概要を以下に述べる。【1. 細胞内への物質導入の評価】細胞内への物質導入の機構を明らかにするため、マウス線維芽細胞細胞にプラズマを照射し、分子量の異なる二つの蛍光分子を用いて、導入量の時間変化を明らかにした。【2. 細胞に刺激を与えるためのマイクロデバイスの試作】細胞に電気刺激を与えるためのマイクロデバイスを試作した。マウス線維芽細胞に対して、電気刺激の効果を評価した。【3. プラズマで生成される化学種の計測】プラズマが生成する活性種の影響を明らかにするため、プラズマが大気中および液体中に生成する、活性酸素種／活性窒素種を測定した。【4. 培養細胞へのプラズマ照射効果の検討】マウス線維芽細胞に対するプラズマ照射効果の解析を進めることに加えて、発展性を見据えて、ヒト由来培養細胞に対するプラズマ照射効果の検討に着手した。
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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
培養細胞に対して直接プラズマ刺激を加えることの可能なマイクロデバイス「プラズマオンチップ」を用いて、マイクロデバイス内で培養される細胞に対するプラズマ照射の効果を計測することができた。さらに、大気圧プラズマを照射し、細胞内への物質導入を促進することができた。研究分担者との共同研究も進んできており、プラズマが生成する化学活性種の濃度を測定することができた。また、ライフサイエンスをベースとする研究分担者との共同研究も進んできており、ヒト由来の培養細胞へのプラズマ照射効果の検討に着手することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に整備した実験環境を活用し、マイクロデバイスの作製プロセスを促進して研究を進める。メールやWebミーティング等による研究分担者とのディスカッションに加えて、互いの研究機関を訪れて実験を実施する等、研究の促進を図る。2020年度は医学系研究者の参画を得ることで、生物学／医学的観点からのプラズマ照射効果の検討を一層進め、研究プロジェクト全体の更なる発展を目指す。
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