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2012 Fiscal Year Research-status Report

3次元培養組織評価に向けた電気化学チップデバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 23760745
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

伊野 浩介  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00509739)

Keywords分析化学 / 電気化学 / 生体関連化学 / マイクロ・ナノシステム / バイオMEMS / 電気化学イメージング / 細胞解析 / 微小電極
Research Abstract

2年目は、初年度に開発した電気化学チップデバイスを用いて、細胞の機能解析を行った。具体的には、1細胞が分泌したタンパク質の検出に成功した。開発したデバイスによるシグナル増幅ができるため、高感度な電気化学測定が可能になり、1細胞からの微弱なシグナルの取得に成功できたと考えられる。
また、3次元的に培養した生体様組織を作製し、その生体様組織の評価を行った。具体的には、胚性幹細胞(ES細胞)を用いて、その3次元培養体である胚様体(EB)の分化評価を行った。ES細胞の分化評価は、細胞が持つアルカリホスファターゼの量で行われているが、本研究では、このアルカリホスファターゼ活性を電気化学的に評価した。開発した電気化学チップデバイスを用いる事で、アルカリホスファターゼ活性を評価する事に成功し、この結果から、開発した電気化学チップデバイスはES細胞の分化評価への応用が可能である事が示された。
この他にデバイス・システムの高機能化を行った。初年度までに開発した電気化学チップデバイスにナノ構造を組み込む事で、さらに高感度な測定を可能にした。また、デバイス作製に関する技術に関して、新しい報告を行えたと考えている。
初年度に開発したデバイスのセンサ間隔は200 μmであったが、2年目では、さらに高密度なセンサデバイスを開発した。具体的には、30 μm間隔にセンサを配置した電気化学チップデバイスの開発に成功した。本デバイスは、測定点が200点を超える高感度な電流計測型チップデバイスにおける最高峰のセンサ密度であると考えられる。このように2年度目では、細胞解析、デバイスの高機能化に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

デバイス構造においては、当初予定した構造だけでなく、さらに洗練された構造・システムを組み込み事に成功しており、その点で、当初計画よりも進展していると言える。これらのデバイス・システムは、超高感度測定、高密度なセンサと言った点で、世界最高水準である。開発したデバイスは、細胞解析などのバイオアッセイにおいて、有用なツール・システムである。
一方で、研究計画では評価予定であった肝細胞などの細胞の評価は達成できていない。幹細胞であるES細胞の評価で興味深いデータが得られたため、2年度目までは、ES細胞の評価に焦点を当て研究を進めたためである。したがって、肝細胞などの評価は3年目で行う予定である。
研究計画の段階では検討していなかった新しい測定システムの開発にも成功した。この測定システムを用いる事で、開発した電気化学チップデバイスの応用が広がると考えられる。この測定システムについては、2年目の時点では基礎的なデータしか得られていないものの、この測定システムが完成されれば、新規測定ツールとして期待できる。
このように、当初予定していた以上に研究成果がでており、本研究は、当初の計画以上に進展したと考えている。

Strategy for Future Research Activity

3年目も引き続き、3次元組織の評価を行う。3年目では、ES細胞だけなく間葉系間細胞や肝細胞の評価を行い、開発した電気化学チップデバイスの応用を広げる。これらの薬物応答や分化、増殖を評価する事で、これらの細胞に関する新しい知見を得る。
この他に、超高感度化に向けたデバイスのデザイン・作製を行う。前年度までに一部成果を得ているが、ナノ構造を組み込んだデバイス・システムの開発を進め、超高感度な多点電気化学測定デバイス・システムとして提案する。この超高感度多点電気化学測定チップデバイスを用いて、3次元培養組織の評価を行う。また、1細胞解析への応用・展開を検討する。
前項でも記したが、作製した電気化学チップデバイスによる新しい測定システムの開発をさらに進める。2年目では、基礎的な測定システムの評価までしか終わっていないため、3年目では、感度などに関する検討を行う。また、バイオサンプルの評価を行い、この測定システムを完成させる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

前年度までは、ES細胞を用いた研究において有用な情報が得られたため、ES細胞に焦点を当てて電気化学チップデバイスの開発を行った。したがって、前年度で使用予定であった細胞や、その細胞に関する培養費用、また、酵素やメデェエータ、抗体などの購入を行わなかったため、未使用分の研究費が発生した。本年度は、これらの試薬を購入し、研究を行う。
研究費は、主に、デバイス作製のための試薬と細胞培養用の試薬の購入に使用する。測定システムの高機能化のためのデータ収録ボード、スイッチングシステムなどの機器に関しても経費を計上する。
この他に研究成果発表の旅費に関する経費を計上する。国外の学会発表として、ドイツでの発表を予定している。国内の学会に関しては、3-4個程度の発表を予定している。
3年目では、3-4報程度の論文投稿を予定しており、これらに関する費用に研究費を充てる予定である。

  • Research Products

    (21 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (7 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] LSI-based amperometric sensor for real-time monitoring of embryoid bodies2013

    • Author(s)
      Şen M, Ino K, Inoue K. Y. Arai T, Nishijo T, Suda A, Kunikata R, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      Biosens Bioelectron

      Volume: 48 Pages: 12–8

    • DOI

      10.1016/j.bios.2013.03.069

  • [Journal Article] Carbon-Ag/AgCl probes for detection of cell activity in droplets2013

    • Author(s)
      Ino K, Ono K, Arai T, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      Anal Chem.

      Volume: 85 Pages: 3832-5

    • DOI

      10.1021/ac303569t

  • [Journal Article] Electrodeposition of alginate gels for construction of vascular-like structures2013

    • Author(s)
      Ozawa F, Ino K, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      J Biosci Bioeng.

      Volume: 115 Pages: 459-61

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2012.10.014

  • [Journal Article] Novel electrochemical methodology for activity estimation of alkaline phosphatase based on solubility difference2012

    • Author(s)
      Ino K, Kanno Y, Arai T, Inoue Y K, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      Anal Chem.

      Volume: 84 Pages: 7593-8

    • DOI

      10.1021/ac301429n

  • [Journal Article] Accumulation and detection of secreted proteins from single cells for reporter gene assays using a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device2012

    • Author(s)
      Şen M, Ino K, Shiku H, Matsue H
    • Journal Title

      Lab Chip

      Volume: 12 Pages: 4328-35

    • DOI

      10.1039/C2LC40674H

  • [Journal Article] Electrochemical detection for dynamic analyses of a redox component in droplets using a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device2012

    • Author(s)
      Ino K, Kanno Y, Nishijo T, Goto T, Arai T, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      Chem Commun.

      Volume: 48 Pages: 8505-7

    • DOI

      10.1039/C2CC34264B

  • [Journal Article] Local redox cycling-based electrochemical chip device with deep microwells for evaluation of embryoid bodies2012

    • Author(s)
      Ino K, Nishijo T, Arai T, Kanno Y, Takahashi Y, Shiku H, Matsue T
    • Journal Title

      Angew Chem Int Ed.

      Volume: 51 Pages: 6648-52

    • DOI

      10.1002/anie.201201602

  • [Presentation] Local redox cycling-based electrochemical chip device for high-throughput cell analysis2013

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      WPI-AIMR and Fraunhofer ENAS Joint Workshop on Micro Integrated Devices
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20130222-20130222
  • [Presentation] 局所レドックスサイクリングを利用した電気化学多点計測デバイスの開発2012

    • Author(s)
      末永智一、西條拓、MustafaŞen、珠玖仁、伊野浩介
    • Organizer
      第58回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20121126-28
  • [Presentation] Electrochemical imaging device consisting of 256 local redox cycling-based electrochemical sensors for high-throughput cell analysis2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      Sendai Symposium on Analytical Sciences 2012 (SSAS2012)
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20121109-20121110
  • [Presentation] Comprehensive electrochemical imaging with local redox cycling-based electrochemical chip device for evaluation of three-dimensional culture cells2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Mustafa Sen, Taku Nishijo, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      23th 2012 International Symposium on Micro-NanoMehatronics and Human Science (MHS2012)
    • Place of Presentation
      Nagoya
    • Year and Date
      20121104-20121107
  • [Presentation] Local redox cycling-based electrochemical chip device for high-throughput assay toward evaluating embryoid bodies2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Taku Nishijo, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      The 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2012)
    • Place of Presentation
      Okinawa
    • Year and Date
      20121028-20121101
  • [Presentation] 微細ウェルを組み込んだ多点電気化学デバイスによる1細胞からの分泌タンパク質の検出2012

    • Author(s)
      伊野浩介、Mustafa Sen、珠玖仁、末永智一
    • Organizer
      第26回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • Place of Presentation
      沖縄
    • Year and Date
      20121028-20121028
    • Invited
  • [Presentation] 細胞解析に向けたマイクロ・ナノギャップ電極による網羅的電気化学デバイスの開発2012

    • Author(s)
      伊野浩介、菅野佑介、西條拓、珠玖仁、末永智一
    • Organizer
      第64回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20121023-26
  • [Presentation] A high-throughput assay for evaluation of embryoid bodies using local redox cycling-based electrochemical chip device2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Taku Nishijo, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      PRiME 2012
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      20121007-20121012
  • [Presentation] Electrochemical imaging device consisting of microelectrode arrays to induce local redox cycling for high-throughput cell analyses2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Taku Nishijo, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      2012 International Conference on. Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      20120925-27
  • [Presentation] Local redox cycling-based electrochemical chip devices containing 256 electrochemical sensors for cell analysis2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino, Mustafa Sen, Taku Nishijo, Yusuke Kanno, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
    • Organizer
      RSC Tokyo International Conference -Micro/Nano Technologies for Analysis of Human Health and Diagnostics-
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      20120906-20120907
  • [Presentation] Local redox cycling-based electrochemical chip device for high-throughput cell analysis2012

    • Author(s)
      Kosuke Ino,Mustafa Sen,Taku Nishijo,Yusuke Kanno,Hitoshi Shiku,Tomokazu Matsue
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2012)
    • Place of Presentation
      Hsinchu, Taiwan
    • Year and Date
      20120610-20120614
  • [Presentation] 局所レドックスサイクルを用いた網羅的電気化学チップデバイスによる胚性幹細胞の分化評価2012

    • Author(s)
      伊野浩介、西條拓、珠玖仁、末永智一
    • Organizer
      第25回 化学とマイクロ・ナノシステム研究会
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      20120517-20120518
  • [Remarks] 末永智一教授の研究グループ 細胞活性の網羅的モニタリングを可能にする微小チップの開発

    • URL

      http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/press/2012/20120608_000293.html

  • [Remarks] 微小チップデバイス: 電気化学イメージング

    • URL

      http://research.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/eng/research/699

URL: 

Published: 2014-07-24  

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