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マイクロ流体アプローチによる1細胞トランスクリプトーム解析とその応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H06328
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
研究分野 ナノバイオサイエンス
研究機関東京大学

研究代表者

藤井 輝夫  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30251474)

研究分担者 長阪 一憲  帝京大学, 医学部, 教授 (30624233)
PLESSY Charles  沖縄科学技術大学院大学, ゲノム・遺伝子制御システム科学ユニット, グループリーダー (60391984)
Kim SooHyeon  東京大学, 生産技術研究所, 講師 (80709189)
研究期間 (年度) 2016-05-31 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
177,580千円 (直接経費: 136,600千円、間接経費: 40,980千円)
2020年度: 29,250千円 (直接経費: 22,500千円、間接経費: 6,750千円)
2019年度: 31,850千円 (直接経費: 24,500千円、間接経費: 7,350千円)
2018年度: 27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円)
2017年度: 50,830千円 (直接経費: 39,100千円、間接経費: 11,730千円)
2016年度: 38,090千円 (直接経費: 29,300千円、間接経費: 8,790千円)
キーワードマイクロ流体デバイス / 1細胞解析 / ゲノム工学 / 単一細胞解析 / トランスクリプトーム解析 / 誘電泳動 / 1細胞解析 / トランスクリプートム解析
研究成果の概要

本研究では、マイクロ流体技術とシリコン集積回路技術を融合することで、単一細胞や微小粒子を指定の場所に捕捉し、同時並列に解析可能なマイクロ流体デバイスを開発した。また、2種類のDNAバーコードの組み合わせで個々の細胞を標識し、次世代シーケンサを用いて遺伝子配列を解析することで、単一細胞の遺伝子情報を網羅的に解析することが可能な新しい遺伝子解析方法を確立した。これらの手法を用いて子宮頸癌患者の臨床検体の解析を行い、タンパク質、遺伝子発現に基づいた子宮頸癌診断が可能であることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞を一つずつ解析可能な1細胞解析は、細胞の多様性を把握できるため基礎研究が活発に進められている。本研究では、臨床検体を1細胞レベルで確実に捕捉する方法を確立するとともに、トランスクリプトーム解析が医療分野へ応用できることを確認した。これらにより、病態と各細胞の性質との関係を理解することが可能になれば、細胞の多様性に基づく新しい診断方法の創出が期待できる。

評価記号
検証結果 (区分)

A

評価記号
評価結果 (区分)

B: 当初目標に対して研究が遅れており、今後一層の努力が必要である

報告書

(11件)
  • 2022 研究進捗評価(検証) ( PDF )
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書   研究概要(研究進捗評価) ( PDF )   研究進捗評価(評価結果) ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見 ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件) 産業財産権 (11件)

  • [雑誌論文] Automated phenol-chloroform extraction of high molecular weight genomic DNA for use in long-read single-molecule sequencing2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Andrew W.、Villar-Briones Alejandro、Luscombe Nicholas M.、Plessy Charles
    • 雑誌名

      F1000Research

      巻: 11 ページ: 240-240

    • DOI

      10.12688/f1000research.109251.1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-omics analysis of hiPSCs-derived HLCs matured on-chip revealed patterns typical of liver regeneration2021

    • 著者名/発表者名
      Danoy M, Tauran Y, Poulain S, Jellali R, Bruce J, Leduc M, Gall M, Koui Y, Arakawa H, Gilard F, Kato Y, Kido T, Miyajima A, Sakai Y, Leclerc E
    • 雑誌名

      Biotechnology & Bioengineering

      巻: 118 号: 10 ページ: 3716-3732

    • DOI

      10.1002/bit.27667

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Machine-driven parameter screen of biochemical reactions2020

    • 著者名/発表者名
      Poulain Stephane、Arnaud Ophelie、Kato Sachi、Chen Iris、Ishida Hiro、Carninci Piero、Plessy Charles
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 48 号: 7 ページ: e37-e37

    • DOI

      10.1093/nar/gkaa079

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Use of Cap Analysis Gene Expression to detect human papillomavirus promoter activity patterns at different disease stages2020

    • 著者名/発表者名
      Taguchi A, Nagasaka K, Plessy C, Nakamura H, Kawata Y, Kato S, Hashimoto K, Nagamatsu T, Oda K, Kukimoto I, Kawana K, Carninci P, Osuga Y, Fujii T.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 10 号: 1 ページ: 17991-17991

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75133-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sequential Cell-Processing System by Integrating Hydrodynamic Purification and Dielectrophoretic Trapping for Analyses of Suspended Cancer Cells2019

    • 著者名/発表者名
      Park Jongho、Komori Takayuki、Uda Toru、Miyajima Keiichi、Fujii Teruo、Kim Soo Hyeon
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 11 号: 1 ページ: 47-47

    • DOI

      10.3390/mi11010047

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On-chip immunofluorescence analysis of single cervical cells using an electroactive microwell array with barrier for cervical screening2019

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Makoto、Nagasaka Kazunori、Yoshida Mina、Kawata Yoshiko、Miyagawa Yuko、Tago Saori、Hiraike Haruko、Wada-Hiraike Osamu、Oda Katsutoshi、Osuga Yutaka、Fujii Tomoyuki、Ayabe Takuya、Kim Soo Hyeon、Fujii Teruo
    • 雑誌名

      Biomicrofluidics

      巻: 13 号: 4 ページ: 044107-044107

    • DOI

      10.1063/1.5089796

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cancer marker-free enrichment and direct mutation detection in rare cancer cells by combining multi-property isolation and microfluidic concentration2019

    • 著者名/発表者名
      Kim Soo Hyeon、Ito Hiroshi、Kozuka Masahiro、Takagi Hidenori、Hirai Mitsuharu、Fujii Teruo
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 19 号: 5 ページ: 757-766

    • DOI

      10.1039/c8lc00772a

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Localization of low-abundant cancer cells in a sharply expanded microfluidic step-channel using dielectrophoresis2017

    • 著者名/発表者名
      Kim Soo Hyeon、Ito Hiroshi、Kozuka Masahiro、Hirai Mitsuharu、Fujii Teruo
    • 雑誌名

      Biomicrofluidics

      巻: 11 号: 5 ページ: 054114-054114

    • DOI

      10.1063/1.4998756

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Label-free single-cell separation and imaging of cancer cells using an integrated microfluidic system2017

    • 著者名/発表者名
      Antfolk Maria、Kim Soo Hyeon、Koizumi Saori、Fujii Teruo、Laurell Thomas
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 46507-46507

    • DOI

      10.1038/srep46507

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient Analysis of a Small Number of Cancer Cells at the Single-cell Level using Electroactive Double-well Array2016

    • 著者名/発表者名
      Kim, S.-H., and Fujii, T.
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 16 号: 13 ページ: 2440-2449

    • DOI

      10.1039/c6lc90066f

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Two-dimensional flow cytometry realized by using an array of time-gated single photon avalanche diodes2021

    • 著者名/発表者名
      S. Tago, K. Iizuka, T. Mitsunaka, D. Sato, T. Shindo, T. Fujii and S. H. Kim
    • 学会等名
      MicroTAS2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parallelized flow cytometry realized by array of time-gated single photon avalanche diodes2020

    • 著者名/発表者名
      C. Trzeciakowski, D. Sato, T. Shindo, T. Mitsunaka, Y. Fujimoto, K. Iizuka, S. Tago, T. Fujii and S. H. Kim
    • 学会等名
      MicroTAS2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ntegration of on-chip cluster purification and compartmentalization for rna-seq analysis of cluster2019

    • 著者名/発表者名
      H. Saito, S. H. Kim, I. Tsuchiya, S. Nagasawa, M. Seki, Y. Komazaki, T. Torii, Y. Suzuki and T. Fujii
    • 学会等名
      International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Efficient pairing of single cells using trap-and-drop microwell array2018

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yoshida, S. Tago and T. Fujii
    • 学会等名
      International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Electroactive microwell array for separate trapping of single cells and clusters2018

    • 著者名/発表者名
      C. J. Park, S. H. Kim, T. Fujii
    • 学会等名
      International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Machine-driven parameter-space exploration of biochemical reactions2018

    • 著者名/発表者名
      C. Plessy, S. Poulain, S. Kato, O. Arnaud, P. Carninci
    • 学会等名
      41st annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan (MBSJ)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Addressable electroactive microwell array capable of deterministic combinatorial trapping of single cells2017

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, T. Mitsunaka, Y. Fujimoto, K. Iizuka and T. Fujii
    • 学会等名
      Proceedings of International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly efficient rare cancer cells isolation and concentration by combining label-free isolation and dielectrophoretic concentration in a microfluidic step-channel2017

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, H. Ito, M. Kozuka, H. Takagi, M. Hirai and T. Fujii
    • 学会等名
      Proceedings of International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly efficient trapping and analysis of rare cells using an electroactive microwell array with barriers2017

    • 著者名/発表者名
      M. Takeuchi, S. H. Kim, K. Nagasaka, M. Yoshida, Y. Kawata, K. Oda and T. Fujii
    • 学会等名
      Proceedings of International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly efficient compartmentalization of multiple single cells using addressable electroactive microwell array2017

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, T. Mitsunaka, Y. Fujimoto, K. Iizuka and T. Fujii
    • 学会等名
      2017 meeting on Single Cell Analyses
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Label-free selective trapping of single cancer cells using electroactive microwell array2017

    • 著者名/発表者名
      S. H. Kim, M. Yoshida, and T. Fujii
    • 学会等名
      Proceedings of 9th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly Efficient Trapping and Analysis of Rare Cells using an Electroactive Microwell Array with Barriers2017

    • 著者名/発表者名
      M. Takeuchi, S. H. Kim, K. Nagasaka, M. Yoshida, Y. Kawata, K. Oda, T. Fujii
    • 学会等名
      The 76th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Microfluidics for Innovative Biological Experimentations - from Single Cell Analysis to Organ-on-a-Chip2017

    • 著者名/発表者名
      T. Fujii
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Microchemistry and Microsystems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 希少細胞の1細胞解析を実現するマイクロ流体デバイスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      金秀炫,藤井輝夫
    • 学会等名
      第75回日本癌学会学術総会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Electroactive trap-well array coupled with PDMS reaction-well array allows highly efficient single-cell trapping followed by on-chip analysis with a controllable dilution ratio of cell lysates2016

    • 著者名/発表者名
      Ogata,K., Kim, S.-H., and Fujii, T.
    • 学会等名
      MicroTAS2016 conference
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An integrated acousto- and dielectrophoresis device for tumor cell separation, concentration, and single-cell trapping2016

    • 著者名/発表者名
      Antfolk, M., Kim, S.-H., Saori, K., Kaneda, S., Fujii, T., and Laurell, T.
    • 学会等名
      MicroTAS2016 conference
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 生体粒子捕集装置2019

    • 発明者名
      満仲健、飯塚邦彦、幡井徹也、藤井輝夫、金秀炫
    • 権利者名
      満仲健、飯塚邦彦、幡井徹也、藤井輝夫、金秀炫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-192797
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 流路デバイスおよび流体中粒子解析システム2019

    • 発明者名
      満仲健、飯塚邦彦、幡井徹也、藤井輝夫、金秀炫
    • 権利者名
      満仲健、飯塚邦彦、幡井徹也、藤井輝夫、金秀炫
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-180308
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞捕捉装置2018

    • 発明者名
      藤井輝夫、金秀炫、朴致済
    • 権利者名
      藤井輝夫、金秀炫、朴致済
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-210761
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 対象物捕捉装置、および対象物捕捉装置ユニット2017

    • 発明者名
      飯塚邦彦、満仲健、藤本義久、藤井輝夫、金秀炫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-085579
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 液体中微粒子分析システムおよび液体中微粒子分析方法2017

    • 発明者名
      飯塚邦彦、藤本義久、満仲健、藤井輝夫、金秀炫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-149018
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞捕捉装置2017

    • 発明者名
      小森隆幸、金秀炫、藤井輝夫
    • 権利者名
      東京大学、NOK株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-193145
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 粒子捕捉用マイクロデバイス、試料中の粒子を捕捉する方法及びそれを用いた粒子の濃縮、観察又は回収方法2016

    • 発明者名
      藤井輝夫、金秀炫、伊藤博史
    • 権利者名
      藤井輝夫、金秀炫、伊藤博史
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 取得年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 蛍光検査システム及び細胞検査手法2016

    • 発明者名
      飯塚邦彦、藤本義久、金秀炫、藤井輝夫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 蛍光検査システム2016

    • 発明者名
      飯塚邦彦、藤本義久、金秀炫、藤井輝夫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 誘電泳動デバイス2016

    • 発明者名
      飯塚邦彦、藤本義久、金秀炫、藤井輝夫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] DEPピンセット2016

    • 発明者名
      佐藤大紀、飯塚邦彦、齊藤晶、満仲健、金秀炫、藤井輝夫
    • 権利者名
      東京大学、シャープ(株)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-06-01   更新日: 2023-10-16  

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