Measurement of extracellular signals using cell analysis devices and prediction of the future of the cell

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04194
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nakajima Yoshikata 大阪大学, エマージングサイエンスデザインR3センター, 特任准教授(常勤) (40408993)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 政道 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40192588) ; 水木 徹 東洋大学, バイオ・ナノエレクトロニクス研究センター, 研究助手 (80408997)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 電気信号 / 細胞外シグナル / 細胞分析デバイス / プロトン

Outline of Final Research Achievements

If we can evaluate the cellular state, which changes from time to time, using "electrical signals," we expect to contribute to pharmacological and medical research on cellular sensitivity to drugs, timing of drug administration, enhancement of drug efficacy, and reduction of side effects.
In this study, we attempted to determine whether the proton (H+) released into the solution during lactate production, which occurs during cellular activity, can be used as an extracellular signal and detected by a cellular analysis device.
Here, we show the results of a basic experiment to see if it is possible to determine the changes that cells show over time by using the property of NdNiO3 material that the electrical resistance changes by up to five orders of magnitude depending on the amount of proton uptake.

Free Research Field

バイオエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞外シグナルが計測できる分析デバイス作製のために、プロトンを取り込むとその抵抗率を変える材料を用いてその評価を行った。動作環境は細胞培養下を想定しているため、材料および分析デバイスには、１）培養液により腐食や融解が起こらないこと、２）使用する材料から細胞へ有害な影響を及ぼさないこと、が求められ、それらを満たすことを確認した。そして、プロトンのNdNiO3膜中への取り込みにより材料特性である金属-絶縁体相転移に由来する電流変化が得られた。これらの結果は、プロトンを細胞外シグナルとした分析デバイス作製、そして、ラボオンチップの電子デバイス化に向けた足掛かりを示すことができたと考える。