濡れ性とマトリックス動態を介した細胞分化の非破壊評価

• 研究課題/領域番号: 18KK0416
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分90110:生体医工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 田中 信行 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (00724692)
• 研究期間 (年度): 2019 – 2023
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 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: 濡れ性 / 細胞外マトリックス / フィブロネクチン / 気体噴射液体排除法 / 界面分子 / マトリックス動態 / コラーゲン / ヒアルロン酸 / 共焦点レーザー顕微鏡 / 微小形態 / 多光子励起顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 培養細胞組織 / 濡れ性評価 / ひずみ

研究実績の概要

本研究では、研究代表者が世界で初めて実現した気体噴射液体排除法による細胞組織濡れ性評価法と海外共同研究者が独自に開発した空間的・力学的細胞外マトリックス動態評価法を用いて、 細胞分化時のダイナミックに変化する濡れ性とマトリックス動態から細胞の品質を非破壊的に評価することを目的としている。
本年度は、短期間ではあったが新型コロナウイルスのパンデミックが始まって以来初めて共同研究先への渡航が実現し、現地で実験を実施することができた。共同研究先での滞在中は、共同研究者らが新たに開発した細胞外マトリックスの解け具合を可視化する手法について原理を学ぶと共に、実験を通じて理解を深めることができた。また、気体噴射液体排除法について原理を紹介すると共に、細胞外マトリックスを対象として分子状態の変化と濡れ性の対応づけた実験を実施した。セミナーやミーティングを通じて、これまでの実験結果および今後の構想についてディスカッションを行うことができた。
また実験を通じて得た知見を元に、気体噴射液体排除法は、気体噴射が能動的に界面分子の状態変化を生じさせ、その変化を緩和する過程も含めて、界面分子と液体分子との相互作用をマクロな視点で捉える濡れ性評価手法であるとの仮説を立てている。共同研究者らの開発した細胞外マトリックス動態評価法だけでなく、分光学的手法など他の観点から仮説検証を行うことが望ましいと考えている。また、細胞外マトリックスの性質をふまえた界面設計など工学的応用にも取り組んでおり、本研究の幅広い展開に道筋をつけることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新型コロナウイルスのパンデミック以来初めて共同研究先での実験を行うことができ、有益なデータが得られたため。

今後の研究の推進方策

これまで液体という巨視的な視点で濡れ性を取り扱ってきたが、これまでの実験結果を鑑みて、より微視的な観点に立って研究を進めていく予定である。具体的には、界面分子状態の直接観察および界面分子を能動的にコントロールした実験のデザインである。

研究成果

• [雑誌論文] Microenvironmental Analysis and Control for Local Cells under Confluent Conditions via a Capillary-Based Microfluidic Device (2022)
  • 著者名/発表者名: Ota Nobutoshi、Tanaka Nobuyuki、Sato Asako、Shen Yigang、Yalikun Yaxiaer、Tanaka Yo
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 号: 47 ページ: 16299-16307
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02815
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Continuous 3D particles manipulation based on cooling thermal convection (2022)
  • 著者名/発表者名: Shen Yigang、Yuan Yapeng、Tang Tao、Ota Nobutoshi、Tanaka Nobuyuki、Hosokawa Yoichiroh、Yalikun Yaxiaer、Tanaka Yo
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: 358 ページ: 131511-131511
  • DOI: 10.1016/j.snb.2022.131511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human iPS cell derived RPE strips for secure delivery of graft cells at a target place with minimal surgical invasion (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishida Mitsuhiro、Tanaka Yuji、Tanaka Yo、Amaya Satoshi、Tanaka Nobuyuki、Uyama Hirofumi、Masuda Tomohiro、Onishi Akishi、Sho Junki、Yokota Satoshi、Takahashi Masayo、Mandai Michiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 21421-21421
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00703-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 気体噴射液体排除によるバイオ界面の濡れ性ダイナミクス評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 雑誌名: トライボロジスト 巻: -
  • NAID: 130008104190
• [雑誌論文] Movement tracing and analysis of benthic sting ray (Dasyatis akajei) and electric ray (Narke japonica) toward seabed exploration (2020)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Satoshi Amaya, Akira Hamano, Toyoki Sasakura, Yo Tanaka
  • 雑誌名: SN Applied Sciences 巻: 2 号: 12 ページ: 2142-2142
  • DOI: 10.1007/s42452-020-03967-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Area cooling enables thermal positioning and manipulation of single cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Shen Yigang、Yalikun Yaxiaer、Aishan Yusufu、Tanaka Nobuyuki、Sato Asako、Tanaka Yo
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 20 号: 20 ページ: 3733-3743
  • DOI: 10.1039/d0lc00523a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vacuum microcasting of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer for stable cell patterning (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Nobuyuki、Sekine Ryoji、Funano Shun-ichi、Sato Asako、Carretero Nuria Taberner、Ebisuya Miki、Tanaka Yo
  • 雑誌名: BioTechniques 巻: 69 号: 3 ページ: 171-177
  • DOI: 10.2144/btn-2020-0052
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Flow analysis on microcasting with degassed polydimethylsiloxane micro-channels for cell patterning with cross-linked albumin (2020)
  • 著者名/発表者名: Shen Yigang、Tanaka Nobuyuki、Yamazoe Hironori、Furutani Shunsuke、Nagai Hidenori、Kawai Takayuki、Tanaka Yo
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 5 ページ: e0232518-e0232518
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0232518
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of the Hydration Process of Phospholipid-Mimetic Polymers Using Air-Injection-Mediated Liquid Exclusion Methods (2020)
  • 著者名/発表者名: Katayama Risa、Tanaka Nobuyuki、Takagi Yusuke、Shiraishi Kohei、Tanaka Yo、Matsumoto Akikazu、Kojima Chie
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 号: 20 ページ: 5626-5632
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00953
  • 査読あり
• [雑誌論文] User‐friendly cell patterning methods using a polydimethylsiloxane mold with microchannels (2020)
  • 著者名/発表者名: Funano Shun‐ichi、Tanaka Nobuyuki、Tanaka Yo
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 62 号: 3 ページ: 167-176
  • DOI: 10.1111/dgd.12637
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simple Isolation of Single Cell: Thin Glass Microfluidic Device for Observation of Isolated Single <i>Euglena gracilis</i> Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: OTA Nobutoshi、YALIKUN Yaxiaer、TANAKA Nobuyuki、SHEN Yigang、AISHAN Yusufu、NAGAHAMA Yuki、OIKAWA Minoru、TANAKA Yo
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 35 号: 5 ページ: 577-583
  • DOI: 10.2116/analsci.18P568
  • NAID: 130007644154
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2019-05-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An ultra-small fluid oscillation unit for pumping driven by self-organized three-dimensional bridging of pulsatile cardiomyocytes on elastic micro-piers (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Tadahiro Yamashita, Yaxiaer Yalikun, Satoshi Amaya, Asako Sato, Viola Vogel, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: - ページ: 256-264
  • DOI: 10.1016/j.snb.2019.04.087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ detection based on the biofilm hydrophilicity for environmental biofilm formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Nobuyuki Kogo, Takeshi Hirai, Nobumitsu Ogawa, Akiko Kanematsu, Hideyuki Takahara, Junko Awazu, Akane Fujita, Nobuko Haruzono, Yoshihide Ichida, Shunji Tanaka, Yo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 8070-8081
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44167-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Cellular Wettability Assessment by Air-Injection-mediated Liquid Exclusion methods (2023)
  • 著者名/発表者名: Aifang Han; Nobuyuki Tanaka; Junko Takahara; Akane Awazu; Hiromitsu Nasu, Yoshihide Haruzono, Yo Tanaka
  • 学会等名: 2022 IEEE International Conference on Cyborg and Bionic Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 指示棒の軌跡分類に基づくロボットの作業動作生成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森山太貴、万偉偉、田中信行、原田研介
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
• [学会発表] Comparison of contact angle method and air-injection-mediated liquid exclusion method for wettability assessment of superhydrophobic surfaces (2022)
  • 著者名/発表者名: Aifang Han, Nobuyuki Tanaka, Satoshi Amaya, Koki Yamamoto, Junko Takahara, Akane Awazu, Nobuko Fujita, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Hiromitsu Nasu, Yoshihide Haruzono, Yo Tanaka
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
• [学会発表] 液-気遷移によるバイオポリマー界面の機能性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中信行、児島千恵、春園嘉英、田中陽
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
• [学会発表] 低温接合法を用いた高屈折率ガラス基板の接合 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本晃毅、太田亘俊、伊藤友理、田中信行、田中陽
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
• [学会発表] 新規濡れ性試験AILE法を用いた最先端の研究内容のご紹介 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: 住化分析センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Highly feasible wettability assessment via air-injection-mediated liquid exclusion for plasma treatment-tuned superhydrophobic surfaces (2022)
  • 著者名/発表者名: Aifang Han, Nobuyuki Tanaka, Satoshi Amaya, Koki Yamamoto, Junko Takahara, Akane Awazu, Nobuko Fujita, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Hiromitsu Nasu, Yoshihide Haruzono, Yo Tanaka
  • 学会等名: IUMRS International Conference of Young Researchers on Advanced Materials 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 気体噴射液体排除によるユニークなバイオ界面評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: 日本油化学会 界面実践講座2022
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of dimethylsiloxane-co-ethylene oxide block copolymer addition into polydimethylsiloxane on the harvesting of collagen micropattern by microcasting (2022)
  • 著者名/発表者名: Aifang Han, Nobuyuki Tanaka, Koki Yamamoto, Yo Tanaka
  • 学会等名: 33rd 2022 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 国際学会
• [学会発表] 空気噴射液体排除に基づくバイオ界面分析 －Wettioの効果的な利用法－ (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: 株式会社住化分析センター講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 培養細胞組織の界面物性評価に向けた細胞外マトリックス観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中信行、佐藤麻子、藤田暢子、田中陽
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2021 in Osaka
• [学会発表] ハイドロゲル表面の機能制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋元文、高穎、松川滉、西本泰平、中野雄斗、内村黎央、榎本孝文、李コウ、太田裕治、田中信行、吉田亮
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2021 in Osaka
• [学会発表] 疎水性部位の異なるリン脂質模倣ポリマーの水膨潤挙動の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 児島千恵、片山里紗、田中信行、田中陽、白石浩平、松本章一
  • 学会等名: 第70回高分子討論会
• [学会発表] アクリルアミド系ハイドロゲルの表面接着性に関する構造-物性相関 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野雄斗、高穎、秋元文、太田裕治、李コウ、柴山充弘、田中信行、田中陽、吉田亮
  • 学会等名: 第70回高分子学会年次大会
• [学会発表] Polymer surface characterization by air-jet mediated wet/dry transition (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Asako Sato, Nobuko Fujita, Aifang Han, Risa Katayama,Akikazu Matsumoto, Chie Kojima, Nasu Hiromitsu, Yoshihide Haruzono, Yo Tanaka
  • 学会等名: 32nd 2021 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 国際学会
• [学会発表] Biointerface characterization by air-jet mediated wet/dry transitions (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Asako Sato, Nobuko Fujita, Aifang Han, Yoshihide Haruzono, Yo Tanaka
  • 学会等名: Biointerfaces International Conference (BIC) 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Remoto monitoring of lab facilities by model-based machine learning (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka
  • 学会等名: Research Automation Project Symposium, BDR Retreat 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surface wettabilities on different hyaluronic acid distribution in vitro (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Asako Sato, Nobuko Fujita, Yoshihide Haruzono, Hiromitsu Nasu, Yo Tanaka
  • 学会等名: 45th Annual Meeting of the Japanese Society for Investigative Dermatology (JSID)
  • 国際学会
• [学会発表] 界面を揺さぶる空気噴流液体排除による濡れ性評価法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: 第30回 日本MRS年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 界面分子を「くすぐる」濡れ性評価法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: 第１回ゆらぎ界面研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 気体噴射液体排除による濡れ性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中信行、藤田暢子、佐藤麻子、那須博光、春園嘉英、田中陽
  • 学会等名: 2020年度 日本機械学会年次大会
• [学会発表] 機械屋がバイオ実験装置を作った話 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中信行
  • 学会等名: Laboratory Automation勉強会 / 2004
  • 招待講演
• [学会発表] 新規濡れ性試験AILE法を用いたMPCポリマー被覆表面の膨潤挙動の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 児島 千恵、片山 里紗、田中 信行、田中 陽、白石 浩平、松本 章一
  • 学会等名: 第69回高分子学会年次大会
• [学会発表] ハイドロゲルの表面粘着性に影響する因子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高 穎、秋元 文、田中 信行、Li Xiang、柴山 充弘、太田 裕治、小野田 実真、春園 嘉英、田中 陽、吉田 亮
  • 学会等名: 第69回高分子学会年次大会
• [学会発表] 新規濡れ性試験AILE法を用いたMPCポリマー被覆表面の膨潤挙動の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 児島 千恵, 片山 里紗, 田中 信行, 田中 陽, 白石 浩平, 松本 章一
  • 学会等名: 第69回高分子年次大会
• [学会発表] ハイドロゲルの表面粘着性に影響する因子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高穎, 秋元文, 田中信行, 李シャン, 柴山充弘, 太田裕治, 小野田実真, 春園嘉英, 田中陽, 吉田亮
  • 学会等名: 第69回高分子学会年次大会
• [学会発表] Liquid holes on bio-surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka
  • 学会等名: JSPS Bilateral Programs ETH-KEIO Joint Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] 非接触濡れ性評価システムを用いたMPCポリマーコーティング表面の濡れ性及び膨潤挙動評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片山里紗, 児島千恵, 田中信行, 田中陽, 白石浩平, 松本章一
  • 学会等名: 第18回高分子表面研究討論会
• [学会発表] 非接触濡れ性評価システムを用いた細胞膜模倣ポリマーコーティング表面の濡れ性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片山里紗, 児島千恵, 田中信行, 田中陽, 白石浩平, 松本章一
  • 学会等名: 第48回医用高分子シンポジウム
• [学会発表] Evaluation of wettability and swelling behaviors of zwitterionic polymers using non-contact wettability evaluation system (2019)
  • 著者名/発表者名: Risa Katayama, Chie Kojima, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka, Kohei Shiraishi, Akikazu Matsumoto
  • 学会等名: The 8th TKU-ECUST-OPU-KIST-UH-IHU-KMITL-TNU Joint Symposium on Advanced Materials and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] ハイドロゲルのトポロジー的不均一構造が表面濡れ性に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高穎, 秋元文, 田中信行, 李シャン, 柴山充弘, 小野田実真, 春園嘉英, 田中陽, Shyh-Chang Luo, Jhih-Guang Wu, 吉田亮
  • 学会等名: 第31回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] ハイドロゲル表面濡れ性とネットワーク構造の相関解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高穎, 秋元文, 田中信行, 李シャン, 柴山充弘, 小野田実真, 春園嘉英, 田中陽, Shyh-Chang Luo, Jhih-Guang W, 吉田亮
  • 学会等名: 第67回レオロジー討論会
• [学会発表] ハイドロゲルの表面：ダングリング鎖と濡れ性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高穎, 秋元文, 田中信行, 李シャン, 柴山充弘, 小野田実真, 春園嘉英, 田中陽, Shyh-Chang Luo, Jhih-Guang Wu, 吉田亮
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [備考] 田中 信行 (Nobuyuki Tanaka) - マイポータル - researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/nobuyuki.tanaka
• [備考] 理化学研究所 集積バイオデバイス研究チーム
  • URL: http://ibd.riken.jp
• [備考] Fluctuating-Interface
  • URL: https://sites.google.com/view/yuragi-interface
• [備考] 生体接触型医療機器コーティング材料の新しい評価法 | 理化学研究所
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200513_1/index.html
• [備考] 細胞培養用の微小デバイスをタンパク質で作製 | 理化学研究所
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200521_2/index.html
• [備考] マイクロ心臓を作る | 理化学研究所
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20190529_1/index.html
• [備考] 理化学研究所 集積バイオデバイス研究チーム
  • URL: http://ibd.riken.jp/
• [産業財産権] 網膜色素上皮細胞のひも状凝集体、それを製造するためのデバイスおよび製造方法、ならびに該ひも状凝集体を含有する治療薬 (2021)
  • 発明者名: 高橋政代、田中佑治、田中陽、田中信行、天谷諭、西田光宏、万代道子
  • 権利者名: 理化学研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021