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Photo-electroporation: versatile and massively parallel intracellular delivery using TiO2 nanotubes

Research Project

Project/Area Number 19F19365
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionToyohashi University of Technology
Host Researcher 永井 萌土  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580557)
Foreign Research Fellow LOGANATHAN MOHAN  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2019-11-08 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2021: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords光電気穿孔法 / ナノ秒パルスレーザ / オプトポレーション / ナノチューブ / 電気穿孔法 / 酸化チタン
Outline of Research at the Start

本申請では、酸化チタンナノチューブを用いた細胞の光電気穿孔法(光穿孔と電気穿孔を統合)を新しく開発する。外国人研究者(LOGANATHAN)と受け入れ研究者(永井)が協力し、幅広い細胞種に対して適用可能で、細胞生存率と導入効率が高い状態を保った手法を確立する。電気穿孔と光穿孔の順番、同時穿孔といった条件を割り振りながら、細胞種を変え、細胞生存率と導入効率の両方を高める領域を探索する。穿孔時に発生する電場と光の集中現象も調査し、原理を確立しながら、再生医療,細胞治療の中心的な技術に発展させる。

Outline of Annual Research Achievements

酸化チタンナノチューブは,ナノ秒パルスレーザーによる光穿孔と直流電源による電気穿孔を用いた細胞内送達のための汎用プラットフォームとなる可能性がある。酸化チタンナノチューブを使うことで,レーザーを用いたフォトポレーションやエレクトロポレーション技術による細胞内デリバリーを容易にし,より汎用的な細胞内デリバリー技術の構築につながる。
豊橋技術科学大学にて,陽極酸化処理によってチタン基板上に酸化チタンナノチューブを形成した。これをX線光電子分光法(XPS)により,コアレベルと価電子帯のスペクトルを評価した。すると陽極酸化されたナノチューブには,酸素欠陥が存在することがわかった。
上述のナノチューブを用いて,ナノ秒パルスレーザーの照射によりフォトポレーション実験を実施した。最初に酸化チタンナノチューブ(2時間,15Vで形成)上にHeLa細胞を培養した。パルス光を照射して,カーゴであるPropidium Iodide (PI)色素とデキストランFITCを送り込むことに成功した。酸素欠陥を持つナノチューブは,準金属や金属の特性を持つ可能性があり,ナノ秒パルスレーザー照射後の様々なメカニズムによる細胞内デリバリーを促進する。
エレクトロポレーション実験の結果,直流電圧(7V)を印加することで,酸化チタンナノチューブ上のHeLa細胞にカーゴ(PI色素)を送り込むことに成功した。
これらの結果は,酸化チタンナノチューブが,ナノ秒パルスレーザー(光照射)と直流電源(電気穿孔)を用いた細胞内送達のための汎用プラットフォームとなり得ることを示唆している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (4 results)

  • [Int'l Joint Research] インド工科大学マドラス校(インド)

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  • [Int'l Joint Research] ネブラスカ大学リンカーン校(米国)

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  • [Int'l Joint Research] インド工科大学マドラス校(インド)

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      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of size and interparticle distance of nanoparticles on the formation of bubbles induced by nanosecond laser2022

    • Author(s)
      MOHAN Loganathan、HATTORI Ren、ZHANG Haipeng、MATSUMURA Yuki、SANTRA Tuhin Subhra、SHIBATA Takayuki、RYU Sangjin、NAGAI Moeto
    • Journal Title

      Surfaces and Interfaces

      Volume: 30 Pages: 101820-101820

    • DOI

      10.1016/j.surfin.2022.101820

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Electrochemical fabrication of TiO2 micro-flowers for an efficient intracellular delivery using nanosecond light pulse2021

    • Author(s)
      Mohan L.、Kar Srabani、Nagai Moeto、Santra Tuhin Subhra
    • Journal Title

      Materials Chemistry and Physics

      Volume: 267 Pages: 124604-124604

    • DOI

      10.1016/j.matchemphys.2021.124604

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Can titanium oxide nanotubes facilitate intracellular delivery by laser-assisted photoporation?2021

    • Author(s)
      Mohan L.、Kar Srabani、Ren Hattori、Ishii-Teshima Miho、Bera Parthasarathi、Roy Sounak、Santra Tuhin Subhra、Shibata Takayuki、Nagai Moeto
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 543 Pages: 148815-148815

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2020.148815

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Scalable Parallel Manipulation of Single Cells Using Micronozzle Array Integrated with Bidirectional Electrokinetic Pumps2020

    • Author(s)
      Moeto Nagai*,Keita Kato, Satoshi Soga, Tuhin Subhra Santra, and Takayuki Shibata
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 11 Pages: 442-442

    • DOI

      10.3390/mi11040442

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] FABRICATION OF GOLD-NANORINGS FOR MASSIVELY PARALLEL INTRACELLULAR DELIVERY2020

    • Author(s)
      Loganathan Mohan , Ren Hattori, Miho Ishii-Teshima, Sathish Sundar Dhilip Kumar, Srabani Kar, Tuhin Subhra Santra, Takayuki Shibata, and Moeto Nagai
    • Organizer
      The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2020)
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MASSIVELY PARALLEL INTRACELLULAR DELIVERY USING TITANIUM OXIDE NANOTUBES2020

    • Author(s)
      Loganathan Mohan, Srabani Kar, Ren Hattori, Miho Ishii-Teshima, Kavitha Illath, Anuj Tiwari, Tuhin Subhra Santra, Takayuki Shibata, and Moeto Nagai
    • Organizer
      The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2020)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanosecond Pulse Laser Mediated High Efficient Intracellular Delivery Using TiO2 Nanostructures2020

    • Author(s)
      Loganathan Mohan, Balasubramaniam Nandhini, Kar Srabani, Ganesan Keerthiga, Shinde Pallavi, Santra Tuhin Subhra, Shibata Takayuki, Nagai Moeto
    • Organizer
      精密工学会2020年度春季大会
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    • URL

      https://hmn.me.tut.ac.jp/

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      https://researchmap.jp/moeto

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  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 教員紹介

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      https://www.tut.ac.jp/university/faculty/me/667.html

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  • [Remarks] 永井 萌土 (Nagai Moeto) - マイポータル - researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/moeto/

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Published: 2019-11-29   Modified: 2022-12-28  

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