Electrochemical imaging that contributes to cell lineage determination

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01957
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Shiku Hitoshi 東北大学, 工学研究科, 教授 (10361164)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 細胞系譜 / 電気化学 / 走査型プローブ顕微鏡 / 遺伝子発現 / 間葉系幹細胞 / 上皮間葉転換 / マイクロ流体デバイス / 生体模倣システム

Outline of Final Research Achievements

Scanning probe microscopy and electrochemical devices were applied to characterize human mesenchymal stem cell (hMSC) differentiation and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) processes. The osteoblast differentiation process of hMSCs was quantitatively evaluated by electrochemical activity and morphological changes. In evaluating the epithelial-to-mesenchymal transition EMT process using SICM, we were able to establish a process to analyze shape changes and appearance rates such as ruffles. By introducing a probe microscope from the open-top of the multilayered microfluidic device, we succeeded to generate laminar flow and apply shear stress to vascular endothelial cells.

Free Research Field

分析化学、生物電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

走査型プローブ顕微鏡は、精密位置決め装置と表面の物理的/化学的特性を検知する探針を組み合わせた表面分析機器である。本研究では、走査型イオンコンダクタンス顕微鏡SICMで得られる高分解能形状画像を軸に、個々の異種細胞の系譜を決定する因子を様々な分析手法を用いて集約する新規電気化学イメージング技術の開発を検討した。SICMを、ヒト間葉系幹細胞の分化、上皮間葉転換EMT、血管モデル培養系に導入し、通常の蛍光顕微鏡や独自の遺伝子発現解析ツール、電気化学デバイスで取得した情報と組み合わせ、各組織モデルを構成する個々の細胞系譜を決定する。