2013 Fiscal Year Research-status Report
パルス電界処理による細胞動態の定量評価および泳動診断システムの確立
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25420412
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
内田 諭 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90305417)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 計測システム / 誘電泳動 / パルス電界 / 細胞動態 / 診断 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、パルス電界処理による細胞動態の変化を細胞電気定数から定量的に検証するとともに、マイクロ電極間に泳動濃縮された菌体群のインピーダンス値から細胞動態を迅速に把握できる診断システムを確立することである。
期間内において、（１）パルス幅に対する酵母細胞の活性および不活性領域（通常、膜損傷、アポトーシス誘導、生育促進）を蛍光染色により特定する、（２）誘電泳動速度計測から上記に示した４状態の酵母細胞に対する電気定数を導出する、（３）インピーダンス変化と膜損傷率・細胞増殖速度との相関を誘電泳動周波数ごとにマッピングし、各細胞動態に対応した特異点を選定する、（４）上記データからインピーダンスに対する診断用の検量線を作成する、（５）複数電極リアクタを導入して、泳動診断システムを構築する、（６）パルス条件の違いによる検出応答からリアクタ構造や検量線の妥当性を検証する、といった各目標を達成するとともに成果の有機的連携により研究全体を推進する計画である。
本年度（平成25年度）は予備的な研究期間と位置付け、【課題1】加熱およびパルス電界印加に対する酵母細胞の膜活性および生育活性の生化学的評価、【課題2】加熱およびパルス電界印加時における細胞電気定数の導出、を行った。
【課題1】に関しては、各処理条件において核酸染色による蛍光色度変化から膜損傷度を導出した。また、加熱とパルス電界印加による閾値の違いを特定した。【課題2】に関しては、処理条件の異なる酵母細胞の泳動速度を計測し、等価電気回路モデルから電気定数変化を定量的に示した。
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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
【課題1 膜活性および生育活性の生化学的評価】において、室温から滅菌レベルの温度およびミリ秒からナノ秒までのパルス幅に対して、酵母細胞への広範囲な加熱および電界印加ストレス処理を行った。酵母細胞の膜損傷度は核酸染色剤（Live/Dead染色キット）により蛍光染色して画像色度解析から定量化した。また、生殖活性に関して、還元呈色剤を導入した細胞培養を行い、蛍光強度変化から細胞増殖速度を導出した。以上から、酵母細胞における活性および不活性領域を特定できた。なお、本結果の一部は、国内会議（電気学会全国大会および静電気学会全国大会）にて発表しており、投稿論文（静電気学会誌）としてまとめている（13. 研究発表の項を参照）。
【課題2 細胞電気定数の導出】に関しては、上記の活性および不活性領域における酵母細胞の誘電泳動速度を測定し，周波数依存性を導出した。また、これらの計測結果と4層等価回路モデルにおける数値解析結果から各層における誘電率および導電率変化を計算し、膜損傷の位置や経時変化を推定することができた。本結果の一部は国内会議（静電気学会全国大会）にて発表しており、投稿論文（静電気学会誌）としてまとめている（13. 研究発表の項を参照）。
以上より、本年度の研究においては当基金を有効に活用し、到達目標を概ね達成できていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は、前年度に得られた誘電泳動泳動速度と細胞動態の相関に対する再現精度の向上を進めるとともに、簡易診断の基盤としてインピーダンス応答を計測し、細胞動態との定量的な相関を検証する。詳細を以下に示す。
（１）誘電泳動泳動速度と細胞動態の相関に対する再現精度の向上：前年度に得られた実験結果を再検証して、細胞培養、ストレス処理および誘電泳動速度計測に関するプロトコルを確立する。また、試験回数を更に増やして、誘電泳動泳動速度と細胞動態の相関に対する再現精度を向上させる。
（２）インピーダンス応答と膜損傷率・細胞増殖速度との定量相関：泳動濃縮されたパルス処理酵母群の電極間インピーダンス値をインピーダンスアナライザにより計測する。次に全計測領域における細胞動態の数分布を細胞電気定数の比較から算出する。パルス幅および泳動周波数をパラメータとしたインピーダンス曲面を作成し、各動態検出に対する最適周波数を特定する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額が生じた理由として、消耗品等の購入における割引率の変動が挙げられる。ただし、端数単位であり総額も軽微である。
次年度使用額は、消耗品等の購入費に追加し、主に消費増税分の充当に利用する。
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