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分子演算システムによる腫瘍由来核酸の高速パターン診断

研究課題

研究課題/領域番号 19H00901
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
研究機関東京農工大学

研究代表者

川野 竜司  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90401702)

研究分担者 鈴木 宏明  中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)
2022年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2020年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2019年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
キーワードDNAコンピューティング / microRNA / ナノポア / リキッドバイオプシー / ナノポア計測 / マイクロ流体技術 / リポソーム / コアセルベート / マイクロRNA / マイクロデバイス / がん診断 / 一分子計測 / マイクロ流体 / エクソソーム
研究開始時の研究の概要

本研究ではDNAコンピューティング技術とナノポア計測によるラベルフリーDNA分子検出法を組み合わせることにより、早期がん診断マーカーとして期待されるmicroRNA(miRNA)群のがんパターン診断法の構築をめざす。

研究成果の概要

本提案ではDNAコンピューティング技術とナノポア計測によるラベルフリーDNA分子検出法を組み合わせることにより、早期がん診断マーカーとして期待されるmicroRNA(miRNA)群のがんパターン診断法の構築をめざした。本研究では胆管癌時に発現亢進する5種miRNAパターン認識法が、実際のがん患者の血液検体にも適用可能であることを見出し、これまでナノポア計測では計測不可能であった超低濃度領域(~fM)のmiRNAを検出も可能とした。また液液相分離を利用した濃縮抽出技術も開発した。これらに関連する成果に関して、JACS Auを含む査読付き論文、および国内外の複数の学会において公表した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、DNAコンピューティングの並列情報処理を利用し、ナノポア計測と組合すことで、腫瘍由来miRNAのパターン診断法を開発した。実際に患者からの実検体からの識別にも成功し、現在病院、動物病院と共同研究で、ヒトの胃癌、口腔扁平上皮癌、イヌの各種簡易・安価なリキッドバイオプシー法として実用化を進めている。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 4件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 17件、 招待講演 11件) 図書 (4件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] Radboud University(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Rome Tor Vergata(イタリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Cincinati(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Ultra-low concentration detection of DNA without its amplification using a biological nanopore2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 122 号: 3 ページ: 287a-287a

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2022.11.1631

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] MicroRNA Detection at Femtomolar Concentrations with Isothermal Amplification and a Biological Nanopore2023

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Sotaro、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Methods in Molecular Biology

      巻: 1 ページ: 67-74

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2982-6_5

    • ISBN
      9781071629819, 9781071629826
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Sensing Technologies: Microtas/NEMS/MEMS2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuga Hiroki、Shoji Kan、Koiwai Keiichiro、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Encyclopedia of Sensors and Biosensors

      巻: 1 ページ: 526-540

    • DOI

      10.1016/b978-0-12-822548-6.00046-7

    • ISBN
      9780128225493
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pattern Recognition of microRNA Expression in Body Fluids Using Nanopore Decoding at Subfemtomolar Concentrations2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami、Hiratani Moe、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 2 号: 8 ページ: 1829-1838

    • DOI

      10.1021/jacsau.2c00117

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Endocytosis of Coacervates into Liposomes2022

    • 著者名/発表者名
      Lu Tiemei、Liese Susanne、Schoenmakers Ludo、Weber Christoph A.、Suzuki Hiroaki、Huck Wilhelm T. S.、Spruijt Evan
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 30 ページ: 13451-13455

    • DOI

      10.1021/jacs.2c04096

    • 関連する報告書
      2022 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] ナノポア計測によるDNA演算情報の復号化2022

    • 著者名/発表者名
      滝口創太郎、川野竜司
    • 雑誌名

      高分子学会誌

      巻: 71 ページ: 534-535

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体ナノポアを用いた核酸検出とDNA演算技術との融合による診断応用2022

    • 著者名/発表者名
      滝口創太郎、竹内七海、川野竜司
    • 雑誌名

      応用物理学会M&BE分科会誌

      巻: 33

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Keisuke、Mijiddorj Batsaikhan、Usami Masataka、Mizoguchi Ikuro、Yoshida Shuhei、Akayama Shiori、Hamada Yoshio、Ohyama Akifumi、Usui Kenji、Kawamura Izuru、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: - 号: 1 ページ: 67-75

    • DOI

      10.1038/s41565-021-01008-w

    • 関連する報告書
      2021 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] Single polypeptide detection using a translocon EXP2 nanopore2021

    • 著者名/発表者名
      Miyagi Mitsuki、Takiguchi Sotaro、Hakamada Kazuaki、Yohda Masafumi、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      PROTEOMICS

      巻: 22 号: 5-6 ページ: 2100070-2100070

    • DOI

      10.1002/pmic.202100070

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Plug-and-Play Microfluidic Production of Monodisperse Giant Unilamellar Vesicles Using Droplet Transfer across Water-Oil Interface”2021

    • 著者名/発表者名
      R. Ushiyama, K. Koiwai, H. Suzuki
    • 雑誌名

      Sens. Act. B: Chemical

      巻: 355 ページ: 131281-131281

    • DOI

      10.1016/j.snb.2021.131281

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Sizing of Giant Unilamellar Vesicles Using a Metal Mesh with a High Opening Ratio”2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shinohara, T. Okita, M. Tsugane, T. Kondo, H. Suzuki
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lipids

      巻: 241 ページ: 105148-105148

    • DOI

      10.1016/j.chemphyslip.2021.105148

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recognition of Single‐Point Mutation Using a Biological Nanopore2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Ping、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Small Methods

      巻: 4 号: 11 ページ: 2000101-2000101

    • DOI

      10.1002/smtd.202000101

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recent Advances in Liposome-Based Molecular Robots2020

    • 著者名/発表者名
      Shoji Kan、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 11 号: 9 ページ: 788-788

    • DOI

      10.3390/mi11090788

    • 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
  • [雑誌論文] Analytical Model for Particle Capture in Nanopores Elucidates Competition among Electrophoresis, Electroosmosis, and Dielectrophoresis2020

    • 著者名/発表者名
      Chinappi Mauro、Yamaji Misa、Kawano Ryuji、Cecconi Fabio
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 14 号: 11 ページ: 15816-15828

    • DOI

      10.1021/acsnano.0c06981

    • 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] Elucidating the Membrane Dynamics and Encapsulation Mechanism of Large DNA Molecules Under Molecular Crowding Conditions Using Giant Unilamellar Vesicles2020

    • 著者名/発表者名
      Tsugane Mamiko、Suzuki Hiroaki
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 9 号: 10 ページ: 2819-2827

    • DOI

      10.1021/acssynbio.0c00360

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deformation Dynamics of Giant Unilamellar Vesicles in the Large Surface-to-Volume Ratio Regime: The Emergence of Neuron-like Morphology2020

    • 著者名/発表者名
      Koseki Kaoru、Suzuki Hiroaki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 36 号: 22 ページ: 6238-6244

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c00872

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biological Nanopore Probe: Probing of Viscous Solutions in a Confined Nanospace2020

    • 著者名/発表者名
      Masaki Matsushita, Kan Shoji, Natsumi Takai, Ryuji Kawano
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 12 ページ: 2410-2416

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b11096

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 人工細胞膜システムの構築:情報科学から医療応用まで2019

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami、Izumi Kayano、Shoji Kan、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      膜

      巻: 44 号: 5 ページ: 239-246

    • DOI

      10.5360/membrane.44.239

    • NAID

      130007724560

    • ISSN
      0385-1036, 1884-6440
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Osmotic-engine-driven liposomes in microfluidic channels2019

    • 著者名/発表者名
      Kan Shoji, Ryuji Kawano
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 19 号: 20 ページ: 3472-3480

    • DOI

      10.1039/c9lc00788a

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] NANOPORE DECODING FOR MICRORNA PATTERN OF CANCER WITH DNA COMPUTATION2019

    • 著者名/発表者名
      Nanami Takeuchi, Moe Hiratani, Asuka Tada, and Ryuji Kawano
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS

      巻: 1 ページ: 186-187

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SPECIFIC DETECTION OF POINT-MUTATION-POSITION USING BIOLOGICAL NANOPORE2019

    • 著者名/発表者名
      Ping Liu, Keisuke Shimizu, and Ryuji Kawano
    • 雑誌名

      Proceedings of MicroTAS

      巻: 1 ページ: 1692-1693

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ultra-low concentration detection of DNA without its amplification using a biological nanopore2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami, Kawano Ryuji
    • 学会等名
      BPS2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノポアリキッドバイオプシー:血中由来短鎖核酸の一分子計測2023

    • 著者名/発表者名
      川野竜司
    • 学会等名
      第7回 Liquid Biopsy 研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pattern Recognition of microRNA Expression in Body Fluids Using Nanopore Decoding at Subfemtomolar2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami
    • 学会等名
      Nanopore Weekly Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子演算システムによる複数miRNAのパターン認識2022

    • 著者名/発表者名
      川野竜司
    • 学会等名
      第42回キャピラリー電気泳動シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Femtomolar MicroRNA Detection by Diagnostic DNA System and Biological Nanopore2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Nanami, Kawano Ryuji
    • 学会等名
      uTAS2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Detection of DNA Methylation and Determination Intermediates using Biological Nanopore2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Ping and Ryuji Kawano
    • 学会等名
      uTAS2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of the cell-free protein synthesis in monodisperse liposomes produced by microfluidics2022

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ushiyama, Reiko Sato, Mamiko Tsugane, Tomoaki Matsuura, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      uTAS2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Artificial cell studies in microfluidics2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      The 10th Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022 (APCOT 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microfluidic technologies for artificial cell studies2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分析化学へアプローチする人工細胞膜研究2021

    • 著者名/発表者名
      川野竜司
    • 学会等名
      生物工学フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Femtomolar MicroRNA Detection by Diagnostic DNA System and Biological Nanopore2021

    • 著者名/発表者名
      Nanami Takeuchi and Ryuji Kawano
    • 学会等名
      MicroTAS2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A plug-and-play microfluidic device for efficient generation of monodisperse giant unilamellar vesicles2021

    • 著者名/発表者名
      H. Suzuki, R. Ushiyama, K. Koiwai,
    • 学会等名
      20th IUPAB Congress
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Monodispersion of Giant Unilamellar Vesicles Using a Metal Mesh Filter2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shinohara, T. Okita, M. Tsugane, T. Kondo, H. Suzuki
    • 学会等名
      MicroTAS2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Production of monodisperse giant unilamellar vesicles using a microfluidic channel2021

    • 著者名/発表者名
      R. Ushiyama, T. Matsuura, K. Koiwai, H. Suzuki
    • 学会等名
      Pacifichem
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Size purification of giant unilamellar vesicles using the mesh filter with the high opening ratio2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shinohara, T. Okita, M. Tsugane, H. Suzuki
    • 学会等名
      Pacifichem
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanopore decoding for DNA computing (Keynote lecture)2020

    • 著者名/発表者名
      Ryuji Kawano
    • 学会等名
      Nanopore Electrochemistry Meeting (Online)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of transmembrane peptides using a lipid bilayer system2020

    • 著者名/発表者名
      Ryuji Kawano
    • 学会等名
      第58回 生物物理学会年会 (Online)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ボトムアップ配列設計ペプチドによるナノポアの構築2020

    • 著者名/発表者名
      川野竜司
    • 学会等名
      第72回 日本生物工学会大会(Online)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanopore decoding for microRNA pattern of cancer with DNA computation2019

    • 著者名/発表者名
      Nanami Takeuchi, Moe Hiratani, Asuka Tada, and Ryuji Kawano
    • 学会等名
      The 23th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (uTAS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Specific detection of point-mutation-position using biological nanopore2019

    • 著者名/発表者名
      Ping Liu, Keisuke Shimizu, and Ryuji Kawano
    • 学会等名
      The 23th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (uTAS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Artificial Cell-Membrane System Using Microfluidics2019

    • 著者名/発表者名
      Ryuji Kawano
    • 学会等名
      Microfluidics & Organ-on-a-Chip Asia 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ejection of large particulate materials from giant unilamellar vesicles2019

    • 著者名/発表者名
      S. Katsuta T. Okano, H. Suzuki
    • 学会等名
      The 23th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (uTAS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Giant Liposome-based Dynamic Bioreactor2019

    • 著者名/発表者名
      H. Suzuki
    • 学会等名
      Okinawa Colloids 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 疾患バイオマーカーとしてのマイクロRNAと診断応用2022

    • 著者名/発表者名
      落谷孝広、松﨑潤太郎
    • 総ページ数
      276
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316673
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] Molecular Robotics An Introduction2022

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Murata
    • 総ページ数
      296
    • 出版者
      Springer Nature
    • ISBN
      9789811939877
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] DNA‐ and RNA‐Based Computing Systems2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Yasuga, Kan Shoji, Ryuji Kawano
    • 総ページ数
      392
    • 出版者
      WILEY‐VCH GmbH
    • ISBN
      9783527347209
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] Reference Module in Biomedical Sciences2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Yasuga, Kan Shoji, Keiichiro Koiwai, Ryuji Kawano
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 東京農工大学 川野研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~rjkawano/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2019 実績報告書
  • [備考] 東京農工大学 川野研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~rjkawano/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [産業財産権] W/O/W液滴の製造方法,W/O/W液滴の製造装置及びW/O/W液滴2021

    • 発明者名
      鈴木宏明,牛山諒太
    • 権利者名
      鈴木宏明,牛山諒太
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-075103
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 未定2020

    • 発明者名
      川野竜司、竹内七海
    • 権利者名
      川野竜司、竹内七海
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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