微小流路と音波・光波のインタラクションを利用した細胞外微粒子分離分析法の開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K14582
• Research Institution: Tokyo Medical University
• Principal Investigator: 津山 慶之 東京医科大学, 医学部, 客員研究員 (90914119)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マイクロ流体工学 / 細胞外微粒子 / 音響定在波 / レーザー計測

Outline of Annual Research Achievements

生体内の情報伝達や細胞間コミュニケーションには細胞が放出する細胞外微粒子（EV: Extracellular Vesicles）によって担われており、EVの組成や機能の包括的な理解が疾病のメカニズム解明や病理診断、治療法の開発につながると期待されている。EVのサイズは直径50-1000 nmまで多岐に渡り、サイズによって内包物や機能が異なることが報告されているが、依然として不明な点が多い。課題となるのはEVのような微粒子の精細な分画法であり、煩雑な処理を必要とすることなくEVをサイズに基づいて分離して分析する技術が求められる。そこで本研究ではマイクロ流体デバイスと音波・光波のインタラクションを利用した新規微粒子分離分析法を開発することを目指した。具体的には微小流路と高調音響波を利用した微粒子の操作・分離法と粒子を高感度に計測するための光学システムの開発に取り組んだ。微小マイクロ流路において音波による粒子操作を実現するため、ピエゾ素子のオーバートーン発振による20MHz以上の高調音響波を利用することを着想した。波数の異なる複数の高調音響波を同時に印加することによって直径500 nmのポリスチレン粒子を流路内で位置制御することに成功した。さらに、分岐を持つマイクロ流路に対して本手法を適用することで、微粒子の濃縮・希釈を制御可能なデバイスを実現することができた。一方で微粒子を流路内で高感度に計測するための光学計測システムを設計・構築し、直径110nmの粒子やEVを検出・カウンティングできることも実証した。これらを組み合わせることでサイズに基づいた微粒子の分離・計測が可能であることが示唆された。