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原子間力顕微鏡による1細胞診断技術の高速化

研究課題

研究課題/領域番号 21H01787
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分29010:応用物性関連
研究機関北海道大学

研究代表者

岡嶋 孝治  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (70280998)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワード原子間力顕微鏡 / 細胞 / 原子間力顕微 / 細胞診断 / メカニクス / 細胞力学診断
研究開始時の研究の概要

原子間力顕微鏡(AFM)は、生細胞・組織の力学特性を高い時間空間分解能で計測することができる。本研究では、AFMを用いて接着状態の細胞の疾患を1細胞単位で定量、且つ高速に同定する新手法を開発する。令和3年度は、細胞レオロジー計測の高速化技術、およびボルツマンの重畳原理に基づく細胞レオロジー解析法の基礎技術および概念を利用し、高速な1細胞レオロジー診断システムを開発する。令和4年度は、細胞株を用いて1細胞単位の高速診断技術を開発する。令和5年度は、プライマリー細胞・組織を用いて高速な細胞疾患の診断技術を開発する。

研究成果の概要

原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、接着状態のがん細胞の進行度を1細胞単位で定量、且つ高速に同定する新手法を開発した。細胞レオロジー計測の高速化技術とボルツマンの重畳原理に基づく細胞レオロジー解析法の基礎技術および概念を利用し、高速な1細胞レオロジー診断技術を開発した。また、がん細胞以外の疾患細胞や多細胞集団系への適用を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

がん細胞を1細胞単位で診断する技術は、究極のがん早期発見技術と言っても過言ではない。近年、がん細胞の進行度と力学特性との関係性が指摘されている。本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、接着状態のがん細胞の進行度を1細胞単位で定量、且つ高速に同定する新手法を開発した。細胞レオロジー計測の高速化技術とボルツマンの重畳原理に基づく細胞レオロジー解析法の基礎技術および概念を利用し、高速な1細胞レオロジー診断技術を開発した。また、がん細胞以外の疾患細胞や多細胞集団系への適用を検討した。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Compressed sensing reconstruction of cell mechanical images obtained from atomic force microscopy2024

    • 著者名/発表者名
      Yuki Miyata, Feng-Yueh Chan, Takayuki Uchihashi, Takaharu Okajima
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: - 号: 4 ページ: 04SP46-04SP46

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad34de

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local intracellular stiffening of ascidian embryo in cleavage developmental stage observed by atomic force microscopy2024

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kotani, Yuki Miyata, Yosuke Tsuboyama, Yuki Fujii, Takaharu Okajima
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: - 号: 4 ページ: 04SP64-04SP64

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad3760

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic force microscopy for investigating cell and tissue mechanics as heterogeneous and hierarchical materials2023

    • 著者名/発表者名
      Takaharu OKAJIMA, Kaori KURIBAYASHI-SHIGETOMI
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 18 号: 4 ページ: 23-00339-23-00339

    • DOI

      10.1299/jbse.23-00339

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pathogenic Roles of Cardiac Fibroblasts in Pediatric Dilated Cardiomyopathy2023

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Hirofumi、Yoshihara Chika、Suginobe Hidehiro、Matsumoto Mizuki、Ishii Yoichiro、Narita Jun、Ishii Ryo、Wang Renjie、Ueyama Atsuko、Ueda Kazutoshi、Hirose Masaki、Hashimoto Kazuhisa、Nagano Hiroki、Tanaka Ryosuke、Okajima Takaharu、Ozono Keiichi、Ishida Hidekazu
    • 雑誌名

      Journal of the American Heart Association

      巻: 12 号: 13

    • DOI

      10.1161/jaha.123.029676

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanical properties of epithelial cells in domes investigated using atomic force microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta Shigemura, Kaori Kuribayashi-Shigetomi, Ryosuke Tanaka, Haruka Yamasaki, and Takaharu Okajima
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 11 ページ: 1245296-1245296

    • DOI

      10.3389/fcell.2023.1245296

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Atomic force microscopy identifies the alteration of rheological properties of the cardiac fibroblasts in idiopathic restrictive cardiomyopathy2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Matsumoto, Hirofumi Tsuru, Hidehiro Suginobe, Jun Narita, Ryo Ishii, Masaki Hirose, Kazuhisa Hashimoto, Renjie Wang, Chika Yoshihara, Atsuko Ueyama, Ryosuke Tanaka, Keiichi Ozono, Takaharu Okajima, Hidekazu Ishida
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 17 号: 9 ページ: e0275296-e0275296

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0275296

    • 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] Atomic force microscopy identifies cellular elasticity of pulmonary arterial smooth muscle cells in a patient with idiopathic pulmonary arterial hypertension2021

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Katsuragi, Nao Tatsumi, Mizuki Matsumoto, Jun Narita, Ryo Ishii, Hidehiro Suginobe, Hirofumi Tsuru, Wang Renjie, Shigetoyo Kogaki, Keiichi Ozono, Ryosuke Tanaka, Takaharu Okajima, and Hidekazu Ishida
    • 雑誌名

      Cardiology Research

      巻: 12 号: 4 ページ: 231-237

    • DOI

      10.14740/cr1282

    • 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
  • [学会発表] 大腸がん微小環境における線維芽細胞の物理測定2024

    • 著者名/発表者名
      山﨑遼、繁富(栗林)香織、岡嶋孝治
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会・SPM研究会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Rheological properties of Submucosal and subperitoneal fibroblasts measured by atomic force microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      H.Yamasaki, K.Kuribayashi-Shigetomi, M.Kojima, T.Okajima
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Atomic force microscopy reveals a relationship between rheological properties of cells and cell fates in the early developmental stages2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyata, T. Kotani, Y. Tsuboyama, T. Matsuo, T. Okajima
    • 学会等名
      31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatiotemporal dynamics of single-cell rheology in developing embryos observed by atomic force microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      T. Kotani, Y. Miyata, Y. Tsuboyama, T. Matsuo, M. Yokobori, Y. Fujii, T. Okajima
    • 学会等名
      31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Embryo mechanics probed by atomic force microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      T. Okajima
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多細胞メカニクスの時空間マッピング測定2022

    • 著者名/発表者名
      岡嶋 孝治
    • 学会等名
      ナノプローブテクノロジー第167委員会第103回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 単層構造・3D構造を有する上皮細胞の走電性の観察2022

    • 著者名/発表者名
      小野実央, 小川美優, 永野真尭, 岡嶋孝治
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] パルスフォース原子間力顕微鏡による上皮細胞シートの 力学特性の測定2022

    • 著者名/発表者名
      垣内琢規, 土生飛翔, 岡嶋孝治
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying tension and elastic modulus of epithelial cells in 3D dome by atomic force microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      K. Shigemura, K. Kuribayashi-Shigetomi, A. Subagyo, K. Sueoka and T. Okajima
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulating stress relaxation curves of soft materials obtained in atomic force microscopy experiments2022

    • 著者名/発表者名
      M. Nakada, Y. Tsuboyama, and T. Okajima
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanomechanics of single cells and tissues revealed by atomic force microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      T. Okajima
    • 学会等名
      Pacifichem 2021, Experimental and Computational Analysis of the Nano-Bio Interface for Sustainable Nanotechnology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantifying mechanical property of epithelial cell dome by atomic force microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shigemura*, K.K. Shigetomi, A. Subagyo, K. Sueoka and T. Okajima,
    • 学会等名
      29th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM29)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A numerical simulation of stress relaxation atomic force microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      M. Nakada* and T. Okajima,
    • 学会等名
      29th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM29)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 原子間力顕微鏡による上皮ドームの力学解析2021

    • 著者名/発表者名
      茂村研太、繁富(栗林)香織、スバギョ・アグス、末岡和久、岡嶋孝治
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Observations of structural change in epithelial dome under constant electric field2021

    • 著者名/発表者名
      Mataka Nagano, Miyu Ogawa, Yuki Fujii, Takaharu Okajima
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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