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オンチップ高精度操作技術で定量解明する細胞の非線形非平衡性

研究課題

研究課題/領域番号 16H06933
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関大阪大学

研究代表者

伊藤 弘明  大阪大学, 工学研究科, 特任研究員(常勤) (10783186)

研究期間 (年度) 2016-08-26 – 2018-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2017年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード細胞骨格 / 界面ダイナミクス / ソフトマター物理学 / 生物物理学 / 制御工学 / 物性実験 / ソフトマター物理 / 生物物理 / 機械力学・制御 / マイクロ・ナノデバイス
研究実績の概要

H29年度は、単一細胞の大変形に関する粘弾性の直接測定に挑戦した。その結果、これまで力の次元の無い相対値としてしか求まらなかった細胞の粘弾性を表す各係数を次元付きの値として定量化することができた。マイクロ流体デバイス内における直径8マイクロメートルの赤血球細胞に関する高スループット粘弾性測定は、力の測定機構、測定精度の両面でチャレンジングであったが、前年度に確立したマイクロ流体デバイス内細胞マニピュレーションを活用した幾つかの手法でこの課題に当たった。
試行錯誤の中で特に細胞の弾性係数測定手法として意義深い結果を得られたのが、マニピュレーション中に流体から受ける力を推定しヤング率に変換する手法と、形状ゆらぎ解析(flicker spectroscopy)を行い表面張力や曲げ弾性係数を得る手法である。マニピュレーションシステムと共存する形で上記の二種の測定手法に最適なイメージング法や実験条件を構築することで、赤血球細胞について、マイクロ流路内で4つの力学パラメーター(2つの弾性係数と2つの粘性係数)を単位付きで推定することに成功した。そこで得られた値は、いずれも過去に報告されている異なる手法と比較して適切なものであり、前年度に明らかにした変形能の変形時間依存性やATP濃度依存性などと合わせて細胞の生命ならではの力学特性を適切かつ高速に定量化することに成功しているといえる。これらの成果は国際会議のプロシーディングス論文として投稿中であり、今後実験・解析ともにさらに内容を深め、学術誌への論文投稿を行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] University of Heidelberg(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University Paris-Saclay(France)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Heidelberg/Research Center Borstel(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Adsorption of galloyl catechin aggregates significantly modulates membrane mechanics in the absence of biochemical cues.2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki, T.; Ito, H.; Chevyreva, V.; Makky, A.; Kaufmann, S.; Okano, K.; Kobayashi, N.; Suganuma, M.; Nakabayashi, S.; Yoshikawa, H. Y.* & Tanaka, M.*
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 号: 30 ページ: 19937-19947

    • DOI

      10.1039/c7cp02771k

    • 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] Active Materials Integrated with Actomyosin2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ito, Masahiro Makuta, Yukinori Nishigami, Masatoshi Ichikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 号: 10 ページ: 101001-101001

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.101001

    • NAID

      210000134517

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Red Blood Cell Responses during a Long-Standing Load in a Microfluidic Constriction2017

    • 著者名/発表者名
      M. Horade, C.-H. D. Tsai, H. Ito, and M. Kaneko
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 8 号: 4 ページ: 100-100

    • DOI

      10.3390/mi8040100

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mechanical diagnosis of human erythrocytes by ultra-high speed manipulation unraveled critical time window for global cytoskeletal remodeling2017

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, R. Murakami, S. Sakuma, C.-H. D. Tsai, T. Gutsmann, K. Brandenburg, J. M. B. Poeschl, F. Arai, M. Kaneko, and M. Tanaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 43134-43134

    • DOI

      10.1038/srep43134

    • NAID

      120005980829

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coarse-grained molecular dynamics simulation of charged lipid membranes: Phase separation and morphological dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ito, Yuji Higuchi, Naofumi Shimokawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 94 号: 4 ページ: 0426111-11

    • DOI

      10.1103/physreve.94.042611

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An on-chip RBC deformability checker significantly improves velocity-deformation correlation2016

    • 著者名/発表者名
      C.-H. D. Tsai, J. Tanaka, M. Kaneko, M. Horade, H. Ito, T. Taniguchi, T. Ohtani, and Y. Sakata
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 7 号: 10 ページ: 176-176

    • DOI

      10.3390/mi7100176

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Pressure Dependency of Virtual Vortex Gear2017

    • 著者名/発表者名
      Toshio Takayama, Chia-Hung Dylan Tsai, Hiroaki Ito, Makoto Kaneko
    • 学会等名
      The 21st International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2017)
    • 発表場所
      Savannah International Trade & Convention Center, USA
    • 年月日
      2017-10-22
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-linear and non-equilibrium deformability of a red blood cell2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明、村上遼、Chia-Hung Dylan Tsai、田中求、金子真
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学
    • 年月日
      2017-09-21
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] オンチップ高精度操作で抽出する赤血球の非線形非平衡変形能2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明、村上遼、Chia-Hung Dylan Tsai、田中求、金子真
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2017-09-19
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] On-Chip RBC Deformability Checker Embedded with Vision Analyzer2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Kaneko, Takuto Ishida, Chia-Hung Dylan Tsai, Hiroaki Ito, Misato Chimura, Tatsunori Taniguchi, Tomohiro Ohtani, Yasushi Sakata
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA2017)
    • 発表場所
      香川大学
    • 年月日
      2017-08-06
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Virtual Vortex Gear2017

    • 著者名/発表者名
      Chia-Hung Dylan Tsai, Takayuki Akai, Mitsuhiro Horade, Hiroaki Ito, Makoto Kaneko
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers2017)
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2017-06-18
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Loading Effect for a Red Blood Cell2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明、村上遼、Chia-Hung Dylan Tsai、田中求、金子真
    • 学会等名
      ROBOMECH2017
    • 発表場所
      ビッグパレット福島
    • 年月日
      2017-05-10
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] オンチップ高精度操作が引き出す赤血球細胞の時空間力学特性2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明
    • 学会等名
      時空間秩序・生命物理科学研究会
    • 発表場所
      同志社びわこトリートセンター
    • 年月日
      2017-03-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Red blood cell deformability upon continuous or repetitive loadings2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ito, Ryo Murakami, Chia-Hung Dylan Tsai, Mitsuhiro Horade, Motomu Tanaka, and Makoto Kaneko
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2017)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of cell pinball through high speed switching between reflection interference and phase contrast2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Murakami, A. Yamamoto, Hiroaki Ito, Chia-Hung Dylan Tsai, Mitsuhiro Horade, Motomu Tanaka, and Makoto Kaneko
    • 学会等名
      The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2017)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] オンチップ高精度操作による赤血球細胞力学の定量2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明、村上遼、Chia-Hung Dylan Tsai、田中求、金子真
    • 学会等名
      定量生物学の会 第8回年会
    • 発表場所
      自然科学研究機構 岡崎カンファレンスセンター
    • 年月日
      2017-01-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] オンチップ高精度操作が引き出す赤血球の新奇力学物性2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明
    • 学会等名
      非線形ソフトマター研究会2016
    • 発表場所
      横浜市民ふれあいの里
    • 年月日
      2016-10-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] "Chameleon Effect" of RBC Under Loading in Microfluidic Channel2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Horade, Chia-Hung Dylan Tsai, Hiroaki Ito, Motomu Tanaka, and Makoto Kaneko
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2016)
    • 発表場所
      Dublin, Ireland
    • 年月日
      2016-10-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高速マニピュレーションで解明する赤血球細胞骨格の動的リモデリング2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明、村上遼、Chia-Hung Dylan Tsai、金子真、田中求
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 赤血球の神秘的挙動を見てみよう2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤弘明
    • 学会等名
      大阪大学市民講座:細胞エクササイズが拓く新世界
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Hiroaki Ito

    • URL

      http://www-hh.mech.eng.osaka-u.ac.jp/~ito/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] ResearchGate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Hiroaki_Ito3

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 伊藤弘明

    • URL

      http://www-hh.mech.eng.osaka-u.ac.jp/~ito/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] ヒト赤血球変形の時間スケールを解明

    • URL

      http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2017/20170224_1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Resilient Red Blood Cells Need Fuel to Adapt their

    • URL

      http://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2017/20170224_1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] ヒト赤血球変形の時間スケールを解明 -ロボットポンプが新たな細胞機能の解明・診断の糸口に-

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/170224_1.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-09-02   更新日: 2018-12-17  

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