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DNAを利用した一細胞代謝解析のための酵素固定化電極の開発と心筋細胞評価への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K05917
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 分析化学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

平野 悠  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (70415735)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード電気化学 / 細胞 / 酵素 / マイクロ電極 / DNA / SECM / 心筋細胞 / マイクロ・ナノ電極
研究成果の概要

生命の維持には外部から取り入れた有機物などを利用して、必要なエネルギーなどを生産する必要があり、この反応は、代謝経路と呼ばれる複雑な化学反応により構成されている。細胞の代謝は細胞状態を評価する指標であるため、薬剤開発では代謝活性への影響評価が不可欠となっている。本研究では、細胞と同程度の大きさを有する針状マイクロ電極の表面に酵素を固定化し、細胞近傍の代謝物濃度をリアルタイムで観察する技術を開発の開発を進めた。さらに、細胞にダメージを与えることなく、その状態を評価できる走査型電気化学顕微鏡(SECM)と組み合わせて、標的となる細胞を選択してグルコース消費などを評価することが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

培養した細胞を利用すると薬剤の効果などを評価することができるが、細胞単位で細胞が消費や生産したりする生体分子を定量することは難しかった。本研究では、細胞の薬剤添加に伴う変化を連続して評価できる顕微鏡システムを開発した。特に、細胞サイズの小さな電極に酵素などを固定化することで、細胞が消費するグルコースなどの定量が可能となった。開発したシステムを利用して、心筋細胞などに対する薬剤効果の評価に応用した。本研究の成果は、将来的には医薬品開発や基礎研究に役立つことが期待できる。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Facile control of surface crystallographic orientation of anodized nanoporous gold catalyst and its application for highly efficient hydrogen evolution reaction2020

    • 著者名/発表者名
      Mie Yasuhiro、Takayama Haruka、Hirano Yu
    • 雑誌名

      Journal of Catalysis

      巻: 389 ページ: 476-482

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2020.06.023

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inhibition of breast cancer cell proliferation with anti-microRNA oligonucleotides flanked by interstrand cross-linked duplexes2020

    • 著者名/発表者名
      Okumura Sho、Hirano Yu、Komatsu Yasuo
    • 雑誌名

      Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids

      巻: 39 号: 1-3 ページ: 225-235

    • DOI

      10.1080/15257770.2019.1671595

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorptive Stripping Voltammetry for the Determination of Dissolved Oxygen Using a Mesoporous Pt Microelectrode2019

    • 著者名/発表者名
      Masiki Ikegami, Yu Hirano, Yasuhiro Mie, Yasuo Komatsu
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 166 号: 6 ページ: B542-B546

    • DOI

      10.1149/2.0021908jes

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of time-course drug response in rat cardiomyocytes cultured on a pattern of islands2018

    • 著者名/発表者名
      Okumura Sho、Hirano Yu、Maki Yoshiyuki、Komatsu Yasuo
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 143 号: 17 ページ: 4083-4089

    • DOI

      10.1039/c8an01033a

    • NAID

      120006718705

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Application of Interstrand Cross-Linked Duplexes by Covalently Linking a Pair of Abasic Sites2018

    • 著者名/発表者名
      Hirano Yu、Kojima Naoshi、Komatsu Yasuo
    • 雑誌名

      Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry

      巻: 75 号: 1

    • DOI

      10.1002/cpnc.63

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Function Control of Anti-microRNA Oligonucleotides Using Interstrand Cross-Linked Duplexes2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Mie, Yu Hirano, Keiko Kowata, Akiyoshi Nakamura, Mayu Yasunaga, Yoshihiro Nakajima, Yasuo Komatsu
    • 雑誌名

      MOLECULAR THERAPY-NUCLEIC ACIDS

      巻: 10 ページ: 64-74

    • DOI

      10.1016/j.omtn.2017.11.003

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] クロスリンク2本鎖構造によるanti-miRNAオリゴの細胞内局在への影響2019

    • 著者名/発表者名
      平野 悠、扇谷 仁希、千高 佐知子、三重 安弘、小松 康雄
    • 学会等名
      核酸医薬学会 第4回年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of terminal double-stranded structures on intracellular localization of anti-miRNA oligonucleotide2019

    • 著者名/発表者名
      平野 悠、千高 佐知子、小松 康雄
    • 学会等名
      International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クロスリンク2本鎖構造を有するanti-miRNAオリゴ核酸の細胞内動態2018

    • 著者名/発表者名
      平野 悠, 扇谷仁希, 三重安弘, 小綿 恵子, 小松 康雄
    • 学会等名
      核酸医薬学会 第4回年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 微細構造白金マイクロ電極を用いた溶存酸素の検出2018

    • 著者名/発表者名
      池上 真志樹, 平野 悠, 三重 安弘
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Construction of a bienzyme immobilizing microelectrode by cross-linked DNA scaffolds and its application to analysis of cellular metabolism2017

    • 著者名/発表者名
      平野 悠, 池上 真志樹, 小綿 恵子, 小松 康雄
    • 学会等名
      The 44th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 走査型電気化学顕微鏡用の白金/金コンポジット微細構造電極の開発2017

    • 著者名/発表者名
      池上 真志樹, 平野 悠, 三重 安弘, 小松 康雄
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 不凍タンパク質の機能と応用2018

    • 著者名/発表者名
      平野悠 ほか (監修 津田栄)
    • 総ページ数
      290
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781313399
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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