多機能ナノピペット探針の電気化学的物質輸送制御と１細胞分析への応用

• 研究課題/領域番号: 15H03542
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノマイクロシステム
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 珠玖 仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (10361164)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2015年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 走査型プローブ顕微鏡 / 液液界面 / 遺伝子発現解析 / 組織モデル / 胚性幹細胞 / 分化誘導 / イオンコンダクタンス / 電気化学 / １細胞分析 / 遺伝子発現 / 分化 / 1細胞分析

研究成果の概要

近年、１細胞分析が高感度化・ハイスループット化し、大腸癌患者の実組織試料を用いて、１細胞レベルでの網羅的遺伝子発現解析が報告されている。しかし現行法では、組織試料から1細胞分析を行う際には高性能セルソーターによる細胞分取が不可欠であり、組織試料の中での細胞個々の位置情報が失われてしまう点が問題であった。本研究では、走査型プローブ顕微鏡により組織モデルの高解像度画像を取得し、標的細胞から低侵襲的に極微量サンプルを高精度に回収して網羅的遺伝子発現解析をおこなう装置システムの開発を目的とする。

研究成果

• [雑誌論文] Micropatterning of Nafion Membranes on an Electrode Array Using Photolithographic and Lift-off Techniques for Selective Electrochemical Detection and Signal Accumulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Terauchi Mayuko、Ino Kosuke、Kanno Yusuke、Imai Shunsuke、Shiku Hitoshi、Matsue Tomokazu
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 号: 2 ページ: 204-206
  • DOI: 10.1246/cl.171031
  • NAID: 130006337743
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemicolor imaging of endogenous alkaline phosphatase and respiratory activities of mesenchymal stem cell aggregates in early-stage osteodifferentiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ino Kosuke、Onodera Takehiro、Kanno Yusuke、Suda Atsushi、Kunikata Ryota、Matsue Tomokazu、Shiku Hitoshi
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 268 ページ: 554-561
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2018.02.094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of oxygen consumption analysis with an on-chip electrochemical device and simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiramoto Kaoru、Yasumi Masahiro、Ushio Hiroshi、Shunori Atsushi、Ino Kosuke、Shiku Hitoshi、Matsue Tomokazu
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 89 号: 19 ページ: 10303-10310
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemicolor imaging using an LSI-Based device for multiplexed cell assays (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kanno, Kosuke Ino, Hiroya Abe, Chika Sakamoto, Takehiro Onodera, Kumi Y Inoue, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Masahki Matsudaira, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 89 号: 23 ページ: 12778-12786
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bioelectrochemical applications of microelectrode arrays in cell analysis and engineering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Current Opinion in Electrochemistry 巻: 5 号: 1 ページ: 146-151
  • DOI: 10.1016/j.coelec.2017.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D electrochemical and ion current imaging using scanning electrochemical-scanning ion conductance microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: 4)Takahashi, Y.; Ida, H.; Matsumae, Y.; Komaki, H.; Zhou, Y.; Kumatani, A.; Kanzaki, M.; Shiku, H.; Matsue, T.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 号: 39 ページ: 26728-26733
  • DOI: 10.1039/c7cp05157c
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超高解像度電気化学顕微鏡の創成と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松岡涼, 青柳重夫, 松本尚志, 松平正昭, 高橋康史, 熊谷明近哉, 井田大貴, 棟方裕一, 飯田克彦, 珠玖 仁, 金村聖志, 末永智一
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 85 ページ: 319-326
  • NAID: 130007342836
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical motion tracking of microorganisms using a large-scale integration (LSI)-based amperometric device (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Ino, Yusuke Kanno, Kumi Y. Inoue, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Masahki Matsudaira, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 24 ページ: 6818-6822
  • DOI: 10.1002/anie.201701541
  • 査読あり
• [雑誌論文] High speed scanning ion conductance microscopy for quantitative analysis of nanoscale dynamics of microvilli (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ida, Yasufumi Takahashi, Hitoshi Shiku,Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 89 号: 11 ページ: 6015-6020
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00584
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous collection and simultaneous detection of picoliter volume of nucleic acid samples using a mille-feuille probe (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito Hidenori、Tanaka Motoki、Zhou Yuanshu、Nashimoto Yuji、Takahashi Yasufumi、Ino Kosuke、Matsue Tomokazu、Shiku Hitoshi
  • 雑誌名: Anal. Bioanal. Chem. 巻: 409 号: 4 ページ: 961-969
  • DOI: 10.1007/s00216-016-0006-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell Sheet Fabrication Using RGD Peptide-Coupled Alginate Hydrogels Fabricated by an Electrodeposition Method. (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Ozawa, K. Ino,* Y. Takahashi, H. Shiku, T. Matsue*.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45 号: 4 ページ: 605-608
  • DOI: 10.1246/cl.170003
  • NAID: 130005549081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Binary-number-based digital electrochemical detection using a single working electrode with multiple sensors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ino, Y. Kanno, Y. Yamada, H. Shiku, T. Matsue
  • 雑誌名: Electrochemistry Communications 巻: 77 ページ: 76-80
  • DOI: 10.1016/j.elecom.2017.02.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning Probe Microscopy for Nanoscale Electrochemical Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Kumatani, A.; Shiku, H.; Matsue, T.
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 89 号: 1 ページ: 342-357
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04355
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An approach to the research on ion and water properties in the interphase between the plasma membrane and bulk extracellular solution (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hibino, Madoka Takai, Hidenori Noguchi, Seishiro Sawamura, Yasufumi Takahashi, Hideki Sakai, Hitoshi Shiku
  • 雑誌名: J. Physiol. Sci. 巻: 67 号: 4 ページ: 439-445
  • DOI: 10.1007/s12576-017-0530-3
  • NAID: 40021238302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of mRNA Localization Using Double Barrel Scanning Ion Conductance Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Nashimoto Yuji、Takahashi Yasufumi、Zhou Yuanshu、Ito Hidenori、Ida Hiroki、Ino Kosuke、Matsue Tomokazu、Shiku Hitoshi
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 号: 7 ページ: 6915-6922
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b02753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequential Monitoring of Oxygen Consumption Rate of Mouse Embryoid Bodies in Glucose-Depleted Solution (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Shiku*, N. Aoki, T. Arai, Y. Zhou, K. Y. Inue, K. Ino, T. Matsue*.
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 84 号: 5 ページ: 302-304
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.84.302
  • NAID: 130005150418
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox Cycling-based Electrochemical Reporter Gene Assay for Single Cells Using a Scanning Electrochemical Microscope-microwell System (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ida, K. Ino, J. Suzuki, Y. Kanno, H. Shiku, T. Matsue*.
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 84 号: 5 ページ: 308-311
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.84.308
  • NAID: 130005150421
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Imaging for Single-cell Analysis of Cell Adhesion Using a Collagen-coated Large-scale Integration (LSI)-based Amperometric Device (2016)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Kanno Y, Ino K, Inoue KY, Suda A, Kunikata R, Matsudaira M, Shiku H, Matsue T
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 84 号: 5 ページ: 364-367
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.84.364
  • NAID: 130005150427
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical hydrogel lithography of calcium-alginate hydrogels for cell culture (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumisato Ozawa, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Materials 巻: 9 号: 9 ページ: 744-744
  • DOI: 10.3390/ma9090744
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Localized gene expression analysis during sprouting angiogenesis in mouse embryoid bodies using a double barrel carbon probe (2016)
  • 著者名/発表者名: H Ito, Y Nashimoto, Y Zhou, Y Takahashi, K Ino, H Shiku*, T Matsue*
  • 雑誌名: Anal Chem. 巻: 88 号: 9 ページ: 610-613
  • DOI: 10.1039/c5ra23454a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of senescence in indivicual MCF-7 spheroids based on electrochemical measurement of senescence-associated β-galactosidase activity (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhou Y, Ino K, Shiku H, Matsue T
  • 雑誌名: Electrochim. Acta 巻: 186 ページ: 449-454
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2015.10.115
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional co-culture of C2C12/PC12 cells improves skeletal muscle tissue formation and function. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ostrovidov, S., Ahadian, S., Ramon-Azcon, J., Hosseini, V., Fujie, T., Prakash Parthiban, S., Shiku, H., Matsue, T., Kaji, H., Ramalingam, M., Bae, H., Khademhosseini, A.
  • 雑誌名: Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine 巻: - 号: 2 ページ: 582-595
  • DOI: 10.1002/term.1956
  • 査読あり
• [学会発表] Characterization of multicellular spheroids and embryoid bodies by electrochemical imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 多機能電極プローブによる細胞塊の１細胞分析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 電気化学会第85回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 多点電極デバイスによる三次元培養系試料の電気化学イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 第8回生体界面研究会
• [学会発表] Noninvasive electrochemical characterization of multicellular spheroids and embryobodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shiku
  • 学会等名: 9th international workshop on nanostructures & nanoelectronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxygen Consumption of Individual Mammalian Embryos, Embryoid Bodies, and Multicellular Spheroids Probed by Scanning Electrochemical Microscopy. (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Shiku
  • 学会等名: The 19th Chongqing ART Conference (2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多機能電極プローブによる生細胞・生体界面の局所分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 日本分析化学会第66年会
  • 招待講演
• [学会発表] 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡による細胞・生体界面のナノイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 2017年真空学会・表面科学会合同公演会（第３７回表面科学学術講演会、第58回真空に関する連合講演会）
  • 招待講演
• [学会発表] 電気化学センシングに基づく生体機能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: みちのく分析科学シンポジウム2017
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of Nanoscale Neuron Surface Topography and Detection of Neurotransmitter Release Using Nano Electrochemical Microscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yasufumi , S. Hitoshi, T. Matsue
  • 学会等名: PITTCON 2016
  • 発表場所: Georgia World Congress Center, Atlanta, GA USA
  • 年月日: 2016-03-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical micro- and nano-analysis of embryos and embryonic stem cells, (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shiku
  • 学会等名: Tohoku University's Chemistry Summer School 2016
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Scanning probe microscopy for high-resolution and multi-functional images (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shiku
  • 学会等名: 平成28年度化学系学協会東北大会
  • 招待講演
• [学会発表] センシング技術による細胞機能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁
  • 学会等名: 第39回 教師のための化学教育講座
  • 招待講演
• [学会発表] mRNA analysis of living cells after capturing SICM topography of the living cell membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Shiku, Y. Nashimoto, Y. Takahashi, H. Ito, Y. Zhou, K. Ino, T. Matsue
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of senescence-associated β-galactosidase activity in single cell using scanning electrochemical microscope (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhou, K. Ino, H. Shiku, T. Matsue
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Integrated nanopipette probes to obtain high-resolution bio-functional images (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Shiku
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜情報文化センター, 横浜市
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 組織内におけるハイスループット局所遺伝子解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤秀矩, 梨本裕司, 周縁殊, 田中元基, 高橋康史, 伊野浩介, 珠玖 仁, 末永智一
  • 学会等名: 第5回CSJ化学フェスタ,
  • 発表場所: タワーホール船堀, 東京
  • 年月日: 2015-10-13
• [学会発表] ガラスピペット内における細胞塊の培養とエクソソームの検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮下紘介，井田大貴，梨本裕司，周縁殊，伊野浩介，高橋康史，珠玖 仁，末永智一
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学(埼玉県, 深谷市)
  • 年月日: 2015-09-12
• [学会発表] 走査型電気化学顕微鏡を用いた細胞老化評価法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 周 縁殊, 伊野 浩介, 珠玖 仁, 末永 智一
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学(埼玉県, 深谷市)
  • 年月日: 2015-09-12
• [学会発表] 電気化学計測に基づく受精卵および細胞塊の機能評価装置の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁, 青柳重夫
  • 学会等名: 日本分析化学会 第64年会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス(福岡県, 福岡市)
  • 年月日: 2015-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-functional Nanopipette Probe for Single-cell Analysis of Tissue Models (2015)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shiku, Yuji Nashimoto, Yuanshu Zhou, Yasufumi Takahashi, Kosuke Ino, Tomokazu Matsue
  • 学会等名: 日本分析化学会 第64年会,第2回アジア分析科学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス(福岡県, 福岡市)
  • 年月日: 2015-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] High throughput Electrode Probe Techniques for Local Gene Expression Analysis of Tissue Model (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, Y. Nashimoto, Y. Takahashi, K. Ino, H. Shiku, T. Matsue
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Chemical-Environmental-Biomedical Technology-2015(isCEBT2015)
  • 発表場所: Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] 胚様体における多項目分析および単一細胞レベルの遺伝子発現解析ツールの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 珠玖 仁，梨本裕司，周 縁殊，高橋康史，伊野浩介，井上（安田）久美，末永智一
  • 学会等名: 日本動物細胞工学会大会（JAACT2015）
  • 発表場所: 東北大学片平さくらホール(宮城県, 仙台市)
  • 年月日: 2015-07-09
  • 招待講演
• [学会発表] Scanning Electrode Probe Technique for Analyzing Tissue Models at Single Cell Level (2015)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shiku, Yuji Nashimoto, Hidenori Ito, Yuasufumi Takahashi, Yuanshu Zhou, Kumi Y. Inoue, Kosuke Ino, Tomokazu Matsue
  • 学会等名: The XXIII International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics
  • 発表場所: Malmoe, Sweden
  • 年月日: 2015-06-15
  • 国際学会