2020 Fiscal Year Research-status Report

ダイナミック細胞応答を観測可能な統合化インビトロシステム構築

Research Project

Project/Area Number	19K12751
Research Institution	Kindai University
Principal Investigator	小森喜久夫近畿大学, 工学部, 准教授 (60431813)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	電気化学モニタリング / カーボンナノ材料 / インビトロ計測 / オンサイトバイオアッセイ
Outline of Annual Research Achievements	個体応答を理解し制御するには、生理学的に妥当な培養環境下で、ダイナミックな細胞動態や細胞応答を細胞非侵襲で連続観測する必要がある。本研究ではおもに、薬物の体内動態を制御する代謝臓器の一つである肝に着目し、ホルモンや薬物刺激に基づく糖代謝応答変化を、細胞非侵襲の電気化学的手法を通して血糖値を連続観測することにより、従来の終点計測法では評価できなかったダイナミックな細胞動態や細胞応答を明確にすることを目標としている。２年目では、前年度に確定した電気化学グルコースモニタリングデバイスを用いて、酸素供給を改善した環境下で培養したラット初代肝細胞に、生理活性物質として知られるインスリンまたはグルカゴン添加時での糖代謝または糖新生の24時間連続モニタリングの方法論を検討した。一般に市販されているポリスチレン製培養皿でラット初代肝細胞を培養しても、酸素不足のために安定して培養できないことがしばしばある。そこで今回、以前より検討を進めている酸素透過性培養基板を用いることで、ラット初代肝細胞への酸素供給を改善した培養手法を用いた。肝細胞表面近傍に、作製した電気化学グルコースモニタリング用の電極を設置し、高血糖培養液中にインスリンを添加したところ、無添加時と比べて、グルコース代謝速度が増大することを観測できた。また、グルカゴン添加時には、糖新生に基づくグルコース濃度が上昇し、その後、一定になることを確認できた。このことから、ラット初代肝細胞の糖代謝および糖新生の挙動を、少なくとも24時間の連続グルコース濃度変化から評価できることを明らかにした。一方で、現時点での計測手法が煩雑である点も明らかになってきた。将来開発予定の一体型評価デバイスには、この問題点を改善できる構造の検討を進める予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度においては新型コロナの影響で、行動の制限や、試薬類・器具類等の消耗品入手困難などの問題が発生したものの、作製した電極で、ホルモン等の刺激に対する細胞応答を細胞非侵襲で連続モニタリングできた。このことから、当初の計画を最低限、実施することができていると考えている。
Strategy for Future Research Activity	細胞への酸素供給が改善された培養環境下で、タンパク類や薬剤などの刺激に対する細胞応答を、細胞非侵襲で連続モニタリングするための知見や方法論が深まりつつある。最終年度では、タンパク類や薬剤の濃度の違いによる細胞応答を連続的に評価するための知見を収集するとともに、その方法論の確立を目指す。とくに、計測方法が煩雑である問題が明らかになってきたことから、容易に計測できる手法の開発を並行して推進する。
Causes of Carryover	新型コロナの影響で、細胞培養関連の器具類等について、納期が未定であったり、入手できなったりしたため、年度内に購入できなったため。次年度に、当初の購入予定であった細胞培養関連の器具類等を購入する予定である。