2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of photonic crystal nanocavity arrays for epigenomic analysis
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22H03941
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
遠藤 達郎 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40432017)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / DNAハイブリダイゼーション / バイオセンサ / エピゲノム / ナノインプリントリソグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、バイサルファイト法等煩雑な操作の必要なく①可視領域の光でDNA鎖中シトシン塩基のメチル化に起因するわずかな分子量・構造変化を屈折率変化として高感度に直接検出可能な光学素子「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)ナノ共振器」をアレイ状に配置したデバイスを設計・開発し、②DNA鎖のメチル化率を非染色かつゲノムワイドで網羅的に解析可能にし、③アルツハイマー病・癌等各種疾病とDNAメチル化の相関を明らかにすることにある。
当該年度では、作製したフォトニック結晶ナノ共振器上で複数の異なる塩基配列からなるDNAのハイブリダイゼーション検出・メチル化シトシン検出を実施し、網羅的エピゲノム解析を実現するための基礎検討を行った。
フォトニック結晶ナノ共振器を用いたエピゲノム解析では、DNAハイブリダイゼーションの検出およびメチル化シトシン検出時に、①ターゲットDNA中のメチル化シトシンの有無に起因するフォトニック結晶周辺の屈折率の差異、②メチル化シトシン認識抗体を用いることによる周辺屈折率差を大きくさせる、ことで光学特性変化として測定するだけでなく、よりフォトニック結晶ナノ共振器より観察される光学特性変化量を大きくし、高感度化させるための検討を行った。加えて、エピゲノム解析に使用する塩基配列を大腸がんをはじめとする複数の疾病に関連する塩基配列を使用し、網羅的解析の検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度では、エピゲノム解析において、メチル化シトシン抗体を使用することで、メチル化・非メチル化の判定を高感度に行うことができた。加えて複数の塩基配列を有するDNAのメチル化判定が可能であることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、これまでの実績を基に①アレイ化によるエピゲノム解析可能項目数の向上、②酵素反応を用いたエピゲノム解析の高感度化および特異性の向上、を実施することにある。
①では、同一基板上にフォトニック結晶を複数配置することと、ディスペンサーなど塗布装置を用いた同一フォトニック結晶上へ異なる配列を有するプローブDNAを複数滴下・固定化する手法を検討する。
②の「酵素反応を用いたエピゲノム解析の高感度化および特異性の向上」は、抗原抗体反応を用いたメチル化シトシンの特異的検出だけでなく、酵素反応を用いた解析を実施することを計画している。酵素反応を用いることで、メチル化シトシン以外のエピゲノム解析も高感度・特異的に可能になることが期待できる。
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