Physical Biomarkers Based on Dynamics of Cancer Cells and Organoids

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00661
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Tanaka Motomu 京都大学, 高等研究院, 特任教授 (00706814)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妹尾 浩 京都大学, 医学研究科, 教授 (90335266)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: バイオマーカー / 消化器がん / 臨床ヒト試料 / 時空間ダイナミクス / オルガノイド

Outline of Final Research Achievements

The primary aim of this research is to establish a new “quantitative biomarker for cancer diagnosis” by using the multiscale numerical analysis, ranging from (1) self-propelled deformation and motion of mouse pancreatic cancer cells with defined genetic mutation to (2) large-scale deformation of patient-derived colorectal cancer organoids. This work was performed under tight collaboration with Department of Gastroenterology,, Kyoto University Hospital, headed by Prof. H. Seno.
On the single cell level, the data obtained from the systematic loss of function analysis indicated that the numerical analysis of single cell dynamics can be used to detect the distinct gene mutations. On the organoid level, we have successfully identified 2-3 indices for the potential detection of the metastatic capacity of the patient-derived organoids.

Free Research Field

人間医工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で提唱する「通常の表現型では識別できない遺伝子変異を動態解析で数値化する」というアプローチは、現在広く用いられている『患者由来オルガノイドの網羅的遺伝子解析』や『固定染色した単一細胞の画像解析による特徴的な表現型の抽出』とは一線を画し『生きた細胞や組織の自発的な変形や運動』の数値化に主眼を置いた、独自性が高くかつ相補的な手法である。
さらに本研究を推進する中で、この手法を乳がん・急性骨髄性白血病・老化といったテーマへ発展・展開させた実例を論文として発表するなど、当初予期していなかったような成果をあげることができた。