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2021 Fiscal Year Annual Research Report

電気化学とOrgan-on-a-chipの融合によるがん腫瘍モデル評価基盤の構築

Research Project

Project/Area Number 20J21401
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

平本 薫  東北大学, 環境科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Keywordsスフェロイド / 呼吸活性 / 電気化学測定 / 電気化学発光
Outline of Annual Research Achievements

本研究では細胞組織の代謝機能を評価するための電気化学測定システムの開発、ならびに電気化学反応を利用した組織形成の誘導手法を開発することで、測定・評価をオンチップで行えるOrgan-on-a-chipの開発を目指した。前年度は腫瘍組織モデルや創薬開発のための生体試料として応用研究が推進されている三次元培養組織(スフェロイド)を対象として、呼吸活性を測定する電気化学デバイス/電気化学発光システムを開発した。これを踏まえ本年度はさらに生体組織の中での血管機能に注目して、それを評価するための電気化学測定システムの構築を行った。計画時はがん細胞の乳酸産生を測定する予定でいたが、Organ-on-a-chipの構築という目的を鑑み、より組織間・細胞間の相互作用を解析すべく、血管機能の方に焦点を当てた評価系の構築を行った。
1. 血管内皮細胞のシート上にがん細胞スフェロイドを培養する共培養系を構築し、多点電極アレイデバイスを用いてがん細胞の伸展に伴う血管内皮細胞の透過性の評価を行った。
2. 血管新生や血管内皮細胞の機能評価において重要な接着状態やチューブ形成を電気化学発光顕微鏡によってイメージングする手法を開発した。
3. 血管機能の恒常性維持における重要なシグナル因子である一酸化窒素を測定する電気化学デバイスを開発した。一酸化窒素に対して特異的な検出を行うため、無機炭素系触媒を修飾したデバイスを作製し、血管内皮細胞からのnMオーダーの一酸化窒素の産生をモニタリングすることに成功した。投稿準備中。
また、本研究では電気化学的な刺激により細胞組織の形成を誘導することも検討項目においていた。細胞そのものへの刺激と組織形成誘導には至らなかったものの、電気化学反応による細胞組織足場形成の誘導と、その中での血管内皮細胞のチューブ様構造形成について確認することができた。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Electrochemiluminescence imaging of cellular adhesion in vascular endothelial cells during tube formation on hydrogel scaffolds2022

    • Author(s)
      Ino Kosuke、Komatsu Keika、Hiramoto Kaoru、Utagawa Yoshinobu、Nashimoto Yuji、Shiku Hitoshi
    • Journal Title

      Electrochimica Acta

      Volume: 415 Pages: 140240~140240

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2022.140240

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrochemical Glue for Binding Chitosan?Alginate Hydrogel Fibers for Cell Culture2022

    • Author(s)
      Utagawa Yoshinobu、Ino Kosuke、Kumagai Tatsuki、Hiramoto Kaoru、Takinoue Masahiro、Nashimoto Yuji、Shiku Hitoshi
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 13 Pages: 420~420

    • DOI

      10.3390/mi13030420

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electrochemical Imaging of Endothelial Permeability Using a Large-Scale Integration-Based Device2021

    • Author(s)
      Ino Kosuke、Pai Hao-Jen、Hiramoto Kaoru、Utagawa Yoshinobu、Nashimoto Yuji、Shiku Hitoshi
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6 Pages: 35476~35483

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c04931

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In vitro electrochemical assays for vascular cells and organs2021

    • Author(s)
      Utagawa Yoshinobu、Hiramoto Kaoru、Nashimoto Yuji、Ino Kosuke、Shiku Hitoshi
    • Journal Title

      Electrochemical Science Advances

      Volume: N/A Pages: N/A

    • DOI

      10.1002/elsa.202100089

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 電気化学発光による細胞スフェロイドの呼吸活性測定2021

    • Author(s)
      平本薫、伊野浩介、小松慶佳、梨本裕司、珠玖仁
    • Organizer
      第81回分析化学討論会
  • [Presentation] Fe-N共ドープ炭素触媒を利用したマイクロウェル内の細胞の一酸化窒素生成モニタリング2021

    • Author(s)
      平本薫、岩瀬和至、宇田川喜信、梨本裕司、本間格、伊野浩介、珠玖仁
    • Organizer
      第52回東北電気化学セミコンファレンス・第34回若手の会
  • [Presentation] Electrochemiluminescence imaging for high throughput analysis of spheroids2021

    • Author(s)
      Kaoru Hiramoto, Kosuke Ino, Keika Komatsu, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • Organizer
      18th International Meeting on Chemical Sensors
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrochemiluminescence microscopy for imaging of cellular functions2021

    • Author(s)
      Kaoru Hiramoto, Kosuke Ino, Keika Komatsu, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • Organizer
      INTERFINISH 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High resolution, one-shot imaging of cellular activity of spheroids by oxygen dependent electrochemiluminescence2021

    • Author(s)
      Kaoru Hiramoto, Kosuke Ino, Keika Komatsu, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • Organizer
      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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