研究課題/領域番号 |
22K04893
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分28040:ナノバイオサイエンス関連
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研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
研究代表者 |
横田 一道 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50633179)
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研究分担者 |
田部井 陽介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40555083)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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キーワード | ポアデバイス / 1細胞 / 細胞計測 / マイクロ流路 |
研究開始時の研究の概要 |
ナノ・マイクロスケールの貫通孔(ポア)をもつポアデバイスではポアを流れるイオン電流を計測し、1細胞通過時に観測されるパルス状電流阻害の高さや幅から1細胞のサイズや表面電荷を次々に評価できる。本研究ではポアデバイスを発展させた、多段ポアデバイスを開発し、1細胞のサイズ、変形性、弾性、粘性、表面電荷などの複数物性値の同時計測を可能にする。更に、有限要素法シミュレーション結果との比較から、1細胞物性の絶対値による値付けを目指す。この手法用いて、物性値変化による細胞の状態や機能の評価、具体的には細胞死の様式判別が可能かを検証する。
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研究実績の概要 |
2022年度は、本研究で開発するポアデバイスの設計最適化のためのシミュレーションと、シミュレーション結果に基づいたデバイス試作、および試作デバイスを用いた原理検証実験を行った。ポアデバイスでは、測定対象に対するポアの幅や長さが計測の精度や効率に影響する。ポア構造をはじめとするデバイス設計最適化について、有限要素法によるシミュレーションをまず行った。本研究で注目する1細胞物性の一つである、細胞の変形性をシミュレーションするためには、溶液中の細胞がポアを通過する際の構造変化を計算する必要があり、そのために流体構造相互作用を含めた有限要素法のシミュレーションモデルを構築した。シミュレーションで得られた細胞構造のポア通過時間依存性をもとに、ポアデバイスによって測定される電流値を解析的に算出し、細胞変形とポアデバイスによって得られるシグナルとの相関を計算した。以上のシミュレーション結果から、ポア多段化だけでなくポア構造そのものの最適化によっても、目的とする物性の評価指標を得ることが可能なことを見出した。得られた結果をもとにポアデバイスを試作し、計測対象として血球細胞を用いたポアデバイスによる計測を行った。計測対象の血球細胞の顕微鏡観察、顕微鏡観察下での電流波形の同時計測を行うことによって、シミュレーション結果を良く再現する計測結果を確認した。以上の結果から、本研究の目的である1細胞物性計測について、これまでのサイズや表面電荷に加えて、細胞の変形性がポアデバイスによって計測可能であることの原理実証に成功した。
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現在までの達成度 (区分) |
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
本年度はデバイス設計最適化と、最適化デバイスによる血球細胞を用いた物性計測の原理検証実験を行った。多段化構造の最適化や複数種の細胞で検証については、更なる検討や追加の検証が必要であるが、シミュレーションモデルの構築と、シミュレーションをもとにしたポア構造自体の最適化によって、目的とする細胞物性の評価が可能になったことは想定上の成果であり、総合的におおむね順調に進展しているとした。
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今後の研究の推進方策 |
次年度は最適化したポアデバイス構造をもちいて多段化についての更なる検討を行うとともに、単球由来のTHP-1細胞や接着細胞を用いた複数種の細胞を用いた評価を行う。また、蛍光計測から細胞物性の変化を評価可能な蛍光試薬を用い、ポアデバイスによる評価結果との比較実験を行うことで、本手法の有用性の検証も実施する。
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