大規模1細胞解析のための高速液滴分取デバイス

• 研究課題/領域番号: 18K14101
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分28050:ナノマイクロシステム関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 磯崎 瑛宏 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (10732555)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: Droplet microfluidics / Single-cell analysis / マイクロ流路 / Flow cytometry / 液滴 / 抗体産生 / 創薬

研究成果の概要

大きな液滴の分取を従来とは桁違いに高速にできる技術を開発した。本技術では、液滴に加える力のタイミングと位置を巧みに制御することにより、壊れやすい大きな液滴を、優しくかつ高速に操作することを可能とし、従来比20倍の高速分取を実現した。さらに、本技術が得意とする100pL以上の大きさの液滴内において、藻類細胞が自由に運動できること、その藻類細胞や白血病細胞の生存率が上がること、ハイブリドーマ細胞の抗体産生量が上がることを示した。さらに本技術を用いて、母集団の約2%程度しか存在しない増殖スピードの遅い微生物を単離する原理実証を行い、本技術の有用性や汎用性を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

液滴分取スピードの高速化により、これまで見つけられなかったような希少な細胞を発見・単離できる可能性が大幅に向上する。これにより、微生物学、免疫学、遺伝学などの基礎科学における新たな発見や、精密医療、ウイルス検査、創薬、バイオ燃料開発、スマートセル産業などにおける効率化技術の開発といった、さまざまな応用展開が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] LMU München(ドイツ)
• [雑誌論文] Dual sequentially addressable dielectrophoretic array for high-throughput, scalable, multiplexed droplet sorting (2021)
  • 著者名/発表者名: Isozaki Akihiro、Huang Dunhou、Nakagawa Yuta、Goda Keisuke
  • 雑誌名: Microfluidics and Nanofluidics 巻: 25 号: 4 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1007/s10404-021-02432-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sequentially addressable dielectrophoretic array for high-throughput sorting of large-volume biological compartments (2020)
  • 著者名/発表者名: A Isozaki, Y Nakagawa, M H Loo, Y Shibata, N Tanaka, D L Setyaningrum, J-W Park, Y Shirasaki, H Mikami, D Huang, H Tsoi, C T Riche, T Ota, H Miwa, Y Kanda, T Ito, K Yamada, O Iwata, K Suzuki, S Ohnuki, Y Ohya, Y Kato, T Hasunuma, S Matsusaka, M Yamagishi, M Yazawa, S Uemura, K Nagasawa, H Watarai, D Di Carlo, K Goda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 29 号: 22 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba6712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] "High-throuhgput sorting of nanoliter droplets using an electrode array with a slanted microchannel (2020)
  • 著者名/発表者名: Mun Hong Loo, Yuta Nakagawa, Akihiro Isozaki, and Keisuke Goda
  • 学会等名: The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Sequentially addressable dielectrophoretic array for high-throughput large-droplet sorting (2020)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Isozaki, Yuta Nakagawa, Mun Hong Loo, Dino Di Carlo, and Keisuke Goda
  • 学会等名: CYTO Virtual 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the advantage of large droplets for single-cell analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakagawa, Shinsuke Ohnuki, Akihiro Isozaki, Naoko Kondo, Yoshikazu Ohya, and Keisuke Goda
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第42回研究会
• [学会発表] 電極アレイを用いた高速液滴分取 (2019)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 瑛宏、中川 悠太、Mun Hong Loo、芝田 悠大、田中 直樹、Dwi Larasati Setyaningrum、Jee-Woong Park、白崎 善隆、三上 秀治、上村 想太郎、Dino Di Carlo、合田圭介
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会
• [学会発表] ow-loss droplet picking for high-throughput rare-cell sorting (2019)
  • 著者名/発表者名: Chenqi Zhang, Mun Houng Loo, Yuta Nakagawa, Akihiro Isozaki, Keisuke Goda
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会
• [学会発表] A droplet microfluidic platform for separation of cells with low proliferative activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Nakagawa, Mun Hong Loo, Shinsuke Ohnuki, Yoshikazu Ohya, Akihiro Isozaki, Keisuke Goda
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会
• [学会発表] 電極アレイを用いた多分岐高速液滴分取 (2019)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 瑛宏, Dunhou Huang, 合田 圭介
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会
• [学会発表] 電極アレイを用いた超高速液滴分取とその応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中川 悠太
  • 学会等名: 日本化学会春季年会
• [学会発表] An electrode-array-based high-throughput nano-liter-droplet sorter assisted by a slanted microchannel (2019)
  • 著者名/発表者名: Loo Mun Hong
  • 学会等名: 日本化学会春季年会
• [学会発表] 微小液滴内におけるハイブリドーマの抗体産生量 (2018)
  • 著者名/発表者名: 磯崎瑛宏
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第38回研究会
• [備考] Akihiro Isozaki
  • URL: https://sites.google.com/site/akihiroisozaki/