2023 Fiscal Year Final Research Report

Measurement of single-cell dynamics with nanoelectroporation

Research Project

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Project/Area Number	21K18194
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
Research Institution	Kyoto University (2023) Institute of Physical and Chemical Research (2021-2022)
Principal Investigator	Shintaku Hirofumi 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (80448050)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	口丸高弘自治医科大学, 医学部, 准教授 (10570591) 錦井秀和筑波大学, 医学医療系, 准教授 (30512834) 塩見晃史国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (60880557) 金子泰洸ポール国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別研究員 (80873504) 鳥井孝太郎国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別研究員 (80878463)
Project Period (FY)	2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords	1細胞 / RNA-sequencing / マイクロ流体工学 / オミクス
Outline of Final Research Achievements	Single-cell omics approaches are fundamentally endpoint measurements, interrupting the biological activity of a single cell at the time of measurement. Current methods track the consensus dynamics of single cells by ensemble averaging omics data from a large number of cells. Consequently, these methods cannot link the individual dynamics of single cells to their specific omics states. To overcome this challenge and track the dynamics of individual single cells from an omics perspective, we have developed techniques that utilize nanoelectroporation for the extraction or delivery of charged molecules with minimal invasiveness. Here, we present ELASTomics, live-organismal transcriptomics, and opto-combinatorial indexing, which respectively link individual cellular dynamics with their transcriptomics profiles.
Free Research Field	機械工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ヒトは受精卵と呼ばれる１つの細胞から始まり、最終的に数十兆の細胞から構成される生命体へと変化します。1細胞オミクス解析は、そのダイナミクスを生み出す分子の量を1細胞解像度で捉える強力なツールですが、ほとんどの場合、対象の1細胞を計測時により損なってしまいます。本研究で開発したELASTomics、Live-organismal transcriptomicsおよびopto-combinatorial indexingはそのような1細胞オミクス解析の根源的課題を解決し得る1細胞オミクス解析法群であり、例えば、非殺傷的に受精卵の遺伝子発現を計測しながら発生過程を観察することが可能です。