ナノポア技術と機械学習を用いた新たな微生物迅速診断検査系の確立

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K09073
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉村 旬平 大阪大学, 医学部附属病院, 医員 (30835202)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣瀬 智也 大阪大学, 医学部附属病院, 特任助教(常勤) (70597509) ; 小倉 裕司 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (70301265) ; 濱口 重人 大阪大学, 医学部附属病院, 特任助教(常勤) (20735360) ; 明田 幸宏 大阪大学, 微生物病研究所, 招へい教授 (60444527) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 感染症 / 迅速診断 / ナノポア技術

Outline of Annual Research Achievements

ナノポア技術は、直径100nmから10μmの貫通孔を通過する1個の粒子のイオン電流―時間波形を計測する技術である。イオン電流―時間波形は、粒子の体積、形態、表面電荷の情報を持つため、波形パターンの機械学習により、微生物を高精度に検出する検査系への応用が期待されている。本研究では、ナノポア技術と機械学習の融合システムを用いて、短時間で高精度に微生物（ウイルス・細菌）を検出する検査系の確立することを目標に、以下の2点に焦点を当てる。① 培養細菌を用いたイオン電流―時間波形でナノポアによる細菌の検出が可能であることを明らかにする。② 感染症患者の臨床検体を用いて、ナノポアで原因微生物（ウイルス・細菌）の検出を行い、point-of-care testingとして原因微生物を迅速に同定できるかを明らかにする。
初年度は、①菌株の収集、②培養細菌を用いて細菌のイオン電流―時間波形を計測するためのプロトコルの最適化、③培養細菌での細菌のイオン電流―時間波形の測定を行った。菌体の収集と同時並行に、プロトコルの最適化を行った。測定する培養細菌液濃度を何段階かに設定してテストし、ナノポアモジュールの孔が閉塞せずに安定してイオン電流―時間波形が計測できる濃度を確認し、プロトコルの最適化を得ることができた。その後、E.coli 20株、K.pneumoniae 20株、P.aeruginosa 20株のイオン電流―時間波形を計測を行い、現在波形の解析を進めている。
当初の予定通り順調な進捗である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り順調に進展している

Strategy for Future Research Activity

収集したイオン電流―時間波形データを解析し、培養細菌において、菌種の識別が可能であるかを解析する。
培養細菌で識別できることが確認できれば、臨床検体の収集を開始し、適宜評価を行う予定である。

Causes of Carryover

培養細菌の波形測定を行うためのプロトコルの最適化が順調に進行したため、使用モジュールが想定よりも少なく終えることができた。
臨床検体を用いたナノポア モジュールの購入費として使用する計画である。