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ダイナミック細胞応答を観測可能な統合化インビトロシステム構築

研究課題

研究課題/領域番号 19K12751
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関近畿大学

研究代表者

小森 喜久夫  近畿大学, 工学部, 准教授 (60431813)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード電気化学センサ / 細胞アッセイ / カーボンナノ材料 / 生体模倣システム / 電気化学モニタリング / インビトロ計測 / オンサイトバイオアッセイ / バイオアッセイ / インビトロ生理学
研究開始時の研究の概要

本研究では、従来の終点計測法では評価できなかったダイナミックな細胞動態や細胞応答を評価可能なデバイスの開発を目指す。本申請研究では、薬物の体内動態を制御する代謝臓器の一つである肝に着目する。酸素透過性培養皿を用いた好気的環境培養下で、生理学性を向上させた肝組織モデルに、ホルモンや薬物刺激に基づく糖代謝応答変化を、細胞非侵襲の電気化学的手法を通して血糖値を連続観測できる方法論を構築する。

研究成果の概要

ヒト応答予測の向上を目指し、酸素非依存性の電気化学バイオセンサでのモニタリングを利用することで、細胞応答を非侵襲で評価するためのシステム開発を検討した。肝細胞については、電気化学グルコースセンサに好気的培養手法を組み合わせることで、生体内の門脈近傍の肝組織と同質の糖代謝・糖新生の現象を電流応答で記述できた。この他にも、アレルギー研究で広く利用される好塩基球様細胞株RBL-2H3が免疫刺激によって遊離するヒスタミンの電気化学モニタリングにも成功している。この手法は、細胞アッセイの予測精度向上に繋がるものと期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

動物実験に代わる薬剤や化学物質の有害性や安全性の評価として、ヒト培養細胞を利用したアッセイ法の利用が期待されている。最近の細胞培養手法の高度化により、薬剤に対して生体と同質の応答が得られるようになりつつあるものの、依然として予測精度は低い。この問題解決の1つとして本研究では、好気的な細胞環境条件に加えて、従来の終点計測ではなく、連続計測を組み合わせることで、予測精度の向上を図った。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] In Vitro Enzymatic Electrochemical Monitoring of Glucose Metabolism and Production in Rat Primary Hepatocytes on Highly O2 Permeable Plates2022

    • 著者名/発表者名
      K. Komori, M. Usui, K. Hatano, Y. Hori, K. Hirono, D. Zhu, F. Tokito, M. Nishikawa, Y. Sakai, and H. Kimura
    • 雑誌名

      Bioelectrochemistry

      巻: 143 ページ: 107972-107972

    • DOI

      10.1016/j.bioelechem.2021.107972

    • 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
  • [雑誌論文] カーボンナノ材料を利用した電気化学バイオデバイス2022

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫
    • 雑誌名

      材料の科学と工学

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Toward the Development of Label-Free Immunosensor Based on Thin Film Transistor Microelectrode Arrays2021

    • 著者名/発表者名
      D. Zhu, G. A. Cathcart, S. Ihida, H. Toshiyoshi, A. Tixier-Mita, Y. Sakai, and K. Komori
    • 雑誌名

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      巻: 31 号: 11 ページ: 115002-115002

    • DOI

      10.1088/1361-6439/ac2547

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bioelectrochemical detection of histamine release from basophilic leukemia cell line based on histamine dehydrogenase-modified cup-stacked carbon nanofibers2021

    • 著者名/発表者名
      Komori Kikuo、Komatsu Yuto、Nakane Masaharu、Sakai Yasuyuki
    • 雑誌名

      Bioelectrochemistry

      巻: 138 ページ: 107719-107719

    • DOI

      10.1016/j.bioelechem.2020.107719

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 近赤外光照射によるPNIPA/カーボンナノファイバー被覆ITO電極の応答制御2022

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、井原 稜、豊田祐貴、中田充俊
    • 学会等名
      電気化学会第89回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 好気的培養環境下での肝細胞の糖代謝・糖新生の電気化学モニタリングデバイスへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、碓井政貴、畑野航平、堀 優真、朱 東晨、廣納敬太、時任文弥、福田裕亮、西川昌輝、酒井康行、木村啓志
    • 学会等名
      2021年度シンポジウム「細胞アッセイ技術の現状と将来」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] グルコースモニタリングシステムを搭載した簡易型共培養デバイスの設計検討2021

    • 著者名/発表者名
      堀 優真、福田裕亮、木村啓志、小森喜久夫
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会第34回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 好気的培養環境下でのラット初代肝細胞の糖代謝・糖新生の電気化学モニタリング2021

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、碓井政貴、畑野航平、堀 優真、朱 東晨、廣納敬太、時任文弥、西川昌輝、酒井康行、木村啓志
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会第34回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Pancreatic β Cells Real-Time Simultaneous Electrophysiology Mapping and Fluorescent Bioimaging with a High-Resolution Thin-Film Transister Arrays2021

    • 著者名/発表者名
      D. Zhu, A.-C. Eiler, S. Ihida, Y. Sakai, H. Toshiyoshi, A. Tixier-Mita, and K. Komori
    • 学会等名
      第38回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] PQQ架橋による再構築型酵素の直接電子移動反応2021

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、相川智紀
    • 学会等名
      2021年電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電気化学グルコースモニタリングシステムを搭載したカセット式細胞培養器の試作2021

    • 著者名/発表者名
      堀 優真、福田裕亮、木村啓志、小森喜久夫
    • 学会等名
      電気化学会関東支部・第39回夏の学校
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] GDH修飾SWCNT電極による初代ラット肝培養細胞の糖代謝・糖新生モニタリングの試み2021

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、碓井政貴、酒井康行、木村啓志
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Amperometric Monitoring of Glucose Level for Non-invasive Cell-based Assays Based on Glucose Dehydrogenase-modified SWCNTs2020

    • 著者名/発表者名
      K. Komori, M. Usui, Y. Sakai, and H. Kimura
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 積層型カーボンナノファイバー電極での電子移動反応の解明とバイオデバイスへの応用2020

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞非侵襲型電気化学グルコースセンサを利用した肝組織の糖代謝モニタリングの検討2020

    • 著者名/発表者名
      碓井政貴、木村啓志、酒井康行、小森喜久夫
    • 学会等名
      化学工学会 第85年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ラット好塩基球様RBL-2H3から遊離されたヒスタミンの電気化学モニタリング2020

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、小松唯人、酒井康行
    • 学会等名
      電気化学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 機能性バイオデバイスの開発2019

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫
    • 学会等名
      近畿大学工学部研究フォーラム2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Nanobioelectrochemistry for Novel Bioanalytical and Bioassay Devices2019

    • 著者名/発表者名
      K. Komori
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ラット好塩基球様RBL-2H3から遊離されたヒスタミンの電気化学的直接検出2019

    • 著者名/発表者名
      小森喜久夫、小松唯人、酒井康行
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会 第32回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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