がん早期診断のためのエクソソーム非標識カウンティングデバイス

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25790028
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 安井 隆雄 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00630584)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 非標識カウンティングデバイス / エクソソーム / microRNA / がん早期診断

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、ナノ空間が生み出す回折光を利用したエクソソームの非破壊・非標識カウンティングデバイスの開発を行った。申請者は、ナノ空間が生み出す回折光を利用した非標識検出法を開発し、200 nmのナノ空間を用いて1分子DNAを非標識検出することに成功した。さらに、本非標識検出法はナノ流路に導入された物質の屈折率変化に応じた非標識検出を行っていることを実証し、世界で初めてDNA増幅過程を非標識で検出することに成功した。
また、直径100 nm程度の粒子を1分子レベルで非標識に検出するために、粒子を導入した際の内部の屈折率変化が大きくなるように高さ150 nm、幅150 nmのナノ空間や、直径数10～数100nmのナノ構造体を有する微小流路を作製した。それら流路に参照試料として血漿や尿等の生体サンプル(エクソソーム無し)を、検出試料としての血漿や尿等の生体サンプル(エクソソーム有り)を導入することにより、参照信号と検出信号を測定し、エクソソームの高感度検出に成功した。また、屈折率変化による回折光の変化に基づいた非標識検出法だけでなく、電流値の変化による非標識検出法の開発にも取り組んだ。
次に、正常細胞とがん細胞のエクソソームを非破壊・非標識でカウンティングし、信号強度の分布の変化により、正常細胞とがん細胞の違いを認識することに成功した。また、エクソソームの高感度非標識検出を達成した後、エクソソームに内包されるmiRNA量の増減を検出し、miRNAの発現量の差による信号強度の差をデータ処理することで信号強度に応じた分布図の作成を行った。本研究成果は、がん診断応用やがん発症機構解明・iPS細胞のがん化検出等に応用可能であると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Arrangement of a Nanostructure Array To Control Equilibrium and Nonequilibrium Transports of Macromolecules (2015)
  • Author(s): Yasui, T. Kaji, N. Ogawa, R. Hashioka, S. Tokeshi, M. Horiike, Y. Baba, Y.
  • Journal Title: Nano Letters Volume: XXX Pages: XXXX-XXXX
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00783
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-assembled Nanowire Arrays as Three-dimensional Nanopores for Filtration of DNA Molecules (2015)
  • Author(s): Rahong, S. Yasui, T. Yanagida, T. Nagashima, K. Kanai, M. Meng, G. He, Y. Zhuge, F. Kaji, N. Kawai, T. Baba, Y.
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 31 Pages: 153-157
  • DOI: 10.2116/analsci.31.153
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three-dimensional Nanowire Structures for Ultra-Fast Separation of DNA, Protein and RNA Molecules (2015)
  • Author(s): Rahong, S. Yasui, T. Yanagida, T. Nagashima, K. Kanai, M. Meng, G. He, Y. Zhuge, F. Kaji, N. Kawai, T. Baba, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: XXX Pages: XXXX-XXXX
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ultrafast and wide range analysis of DNA molecules using rigid network structure of solid nanowires (2014)
  • Author(s): Rahong, S. Yasui, T. Yanagida, T. Nagashima, K. Kanai, M. Klamchuen, A. Meng, G. He, Y. Zhuge, F. Kaji, N. Kawai, T. Baba, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 5252-5259
  • DOI: 10.1038/srep05252
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nanopillar, nanowall, and nanowire devices for fast separation of biomolecules (2014)
  • Author(s): Yasui, T. Rahong, S. Kaji, N. Baba, Y.
  • Journal Title: Israel Journal of Chemistry Volume: 54 Pages: 1556-1563
  • DOI: 10.1002/Ijch.201400102
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Micropore channel-based simultaneous electrical and optical sensing from single biomolecules, single exosomes to single cells (2014)
  • Author(s): Yasaki, H.; Yasui, T.; Rahong, S.; Yanagida, T.; Kaji, N.; Kanai, M.; Nagashima, K.; Kawai, T.; Baba, Y
  • Journal Title: Micro Total Analysis Systems 2014 Volume: 1 Pages: 2161-2163
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ナノワイヤを用いた細胞外小胞体の解析 (2015)
  • Author(s): 安井隆雄 小中出侑樹 伊藤聡 柳田剛 加地範匡 金井真樹 長島一樹 川合知二 馬場嘉信
  • Organizer: 日本化学会 第95春季年会(2015)
  • Place of Presentation: 船橋・日本大学理工学部船橋キャンパス／薬学部
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-26
• [Presentation] DNA Extraction from Bacteria Using Nanowire Structures (2014)
  • Author(s): Yasui, T. Otsuka, K. Takeuchi, M. Yanagida, T. Kaji, N. Rahong, S. Kanai, M. Nagashima, K. Kawai, T. Baba, Y.
  • Organizer: 14th Asia-Pacific International Symposium on Microscale Separations and Analysis (APCE2014)
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2014-12-09 – 2014-12-09
• [Presentation] 菌体検出のためのナノワイヤデバイス (2014)
  • Author(s): 安井隆雄 大塚康平 竹内将城 柳田剛 加地範匡 Sakon Rahong 金井真樹 長島一樹 川合知二 馬場嘉信
  • Organizer: 第30回化学とマイクロ・ナノシステム研究会 (30th CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 札幌、北海道大学
  • Year and Date: 2014-10-02 – 2014-10-02
• [Presentation] ナノワイヤデバイスによるエクソソームmiRNA解析 (2014)
  • Author(s): 安井隆雄 伊藤聡 柳田剛 加地範匡 He Yong Sakon Rahong 金井真樹 長島一樹 渡慶次学 川合知二 馬場嘉信
  • Organizer: 日本分析化学会第63年会
  • Place of Presentation: 東広島、広島大学
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-19
• [Presentation] ナノワイヤ構造体を用いた生体分子解析 (2014)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 第33回分析化学中部夏期セミナー
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2014-09-05 – 2014-09-05
  • Invited
• [Presentation] Nanowire devices for exosomal microRNA detection (2014)
  • Author(s): Yasui, T. Ito, S. Yong, H. Yanagida, T. Rahong, S. Kanai, M. Nagashima, K. Yukawa, H. Kaji, N. Kawai, T. Baba, Y.
  • Organizer: The 6th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2014)
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-07-31 – 2014-07-31
• [Presentation] 尿中エクソソームmiRNA 解析のためのナノワイヤデバイス (2014)
  • Author(s): 安井隆雄 伊藤聡 柳田剛 加地範匡 Yong He Sakon Rahong 金井真樹 長島一樹 湯川博 川合知二 馬場嘉信
  • Organizer: 第29回化学とマイクロ・ナノシステム研究会 (29th CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 東京、日本女子大学
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-22
• [Presentation] ナノ構造体を用いた生体分子解析 (2014)
  • Author(s): 安井隆雄
  • Organizer: 第29回化学とマイクロ・ナノシステム研究会 (29th CHEMINAS)
  • Place of Presentation: 東京、日本女子大学
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-22
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 電気測定用チップ、及び電気測定装置 (2014)
  • Inventor(s): 矢崎啓寿 安井隆雄 加地範匡 馬場嘉信 柳田剛 川合知二
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学、大阪大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2014-214090
  • Filing Date: 2014-10-20