2016 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of beat fluctuations in cardiomyocytes by scanning electrochemical microscopy
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25410162
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平野 悠 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 主任研究員 (70415735)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学 / マイクロ電極 / 心筋細胞 / 一細胞分析 / SECM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
創薬において、新規薬剤候補の心臓へ与える影響の評価は必須となっており、心筋細胞を利用して拍動パターンを電気的に解析するアッセイ系などが利用されている。しかしながら、測定対象となる生体から取り出した細胞は、目的以外の細胞を含んでいることから定量性に課題があった。また、心筋細胞では低酸素状態や薬剤の作用によりTCA回路が阻害されると嫌気性解糖により乳酸が生成して代謝性アシドーシスが誘導される。そのため、代謝活性が薬理作用の評価へ重要となると考えられるが、エネルギー代謝の変化を評価することは困難だった。本研究では、生細胞を対象に、非接触かつ多機能な観察が可能である走査型電気化学顕微鏡(SECM)を利用して、心筋細胞の動き、エネルギー代謝を一細胞レベルで解析可能なシステムの開発を目的としている。平成28年度までに、マイクロ電極をプローブとして利用することで、心筋細胞の動きと酸素消費を細胞レベルで評価し、強心剤や拍動パターンを乱す薬剤の評価への応用可能性を示した。また、細胞レベルでグルコース代謝を評価するために酵素をマイクロ電極表面に選択的に固定化する方法を開発した。これまでにも、電極表面に酵素を固定化することで、グルコースや乳酸濃度を測定可能なセンサーが開発されているが、マイクロ電極は電極表面積が極めて小さいことから酵素の固定化が難しく、酵素固定化マイクロ電極はほとんど開発されてこなかった。そこで、DNAを酵素固定化の足場として利用することで、マイクロ電極先端に二種類の酵素を固定化し、グルコース濃度を測定可能であることを示した。ここでは、足場となるDNA配列を変えることで、二種類の酵素の距離や固定化量を制御し、局所における効果的なグルコース測定を可能とした。さらに、酵素固定化マイクロ電極とSECMを統合し、細胞レベルでのグルコース消費の評価の可能性を示した。
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