| 研究課題/領域番号 |
23K21070
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01770 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
Korchev Yuri.E. 金沢大学, ナノ生命科学研究所, リサーチ・プロフェッサー (10817349)
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| 研究分担者 |
ZHANG YANJUN 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任准教授 (70902807)
高橋 康史 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90624841)
周 縁殊 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (60758556)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 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)
2024年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | 癌細胞 / 細胞の表現型 / SICM / ナノプローブ / 表現型 / 遺伝子型 / 遺伝子 / 単一細胞解析技術 / イオンコンダクタンス顕微鏡 / 走査型プローブ顕微鏡 / 電気化学センサー / プローブ顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
癌組織の形成・単一細胞解析技術によるオミックス解析行われたが、個々の手法で得られた細胞の表現型・遺伝子発現状態の情報をリンクできない、細胞の情報とその環境の関係を特定できないという課題を抱えている。そこで、表現型と遺伝子発現をその場で計測可能な次世代イオンコンダクタンス顕微鏡を開発する。本手法は、多機能ナノピペットにより、単一細胞レベルで表現型をイメージングし、さらに、細胞質を直接回収して遺伝子解析を行う。この技術を用いて、癌細胞特有の微小環境の形成や、グルコース代謝に伴う活性酸素種の生成、癌の浸潤と密接に関係する細胞の硬さなど、癌細胞の表現型と遺伝子発現状態を単一細胞レベルで理解する。
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| 研究実績の概要 |
Single-cell genomics has emerged as a revolutionary technology, transforming nearly every field of biomedical research. However, there is a growing recognition that cell populations harbor far more heterogeneity than expected, making bulk population analysis inadequate for fully characterizing their biological complexity. It is well established that heterogeneity is one of the hallmarks of human cancer cells. Accurately defining cell types and states and understanding how they arise in disease demands functional single-cell measurements. To make progress in this area, we need more specific functional single-cell pheno-genotyping. Like Atomic Force Microscopy (AFM), scanning ion conductance microscopy (SICM) is a type of non-contact scanning probe microscopy, which we have pioneered for living cell imaging and phenotyping. In addition to high-resolution topographical imaging, SICM can perform accurate cell stiffness measurements and map cell mechanical properties. In this study, we utilized SICM and its based multifunctional nanopipette to image phenotypes at the single-cell level and directly collect cytoplasm for genetic analysis. With this technology, we can investigate the phenotype and gene expression state of cancer cells, including the formation of a cancer cell-specific microenvironment, the generation of reactive oxygen species, and cell stiffness, which is closely related to cancer invasion. This approach will enhance our understanding of cancer development and progression at the single-cell level.
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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
1. A cell’s mechanical properties have been linked to cancer development, motility and metastasis and are therefore an attractive target as a universal, scanning ion conductance microscopy (SICM) offers a nanoscale resolution, noncontact method of nanomechanical data acquisition for cell phenotyping.
2.We have established new methods with SICM and Pt-functionalized nanoelectrodes to measure dynamic extracellular to intracellular H2O2 gradients, cell morphology and stiffness of individual Caco-2 cells.
3. We report on single-molecule nanopore sensing combined with position-encoded DNA molecular probes, with chemistry tuned to simultaneously identify various antigen proteins and multiple RNA gene fragments of SARS-CoV-2 with high sensitivity and selectivity.
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| 今後の研究の推進方策 |
1. We will use SICM to measure the nanomechanical properties of melanoma cell lines from different stages with increasing metastatic ability. Then Young’s modulus changes following treatment with the anti-cancer drugs paclitaxel, cisplatin and dacarbazine will be measured for different melanoma phenotypes.
2. SICM and Pt-functionalized nanoelectrodes will be employed to measure dynamic extracellular to intracellular H2O2 gradients in individual Caco-2 cells. We plan to reveal the complex interplay between physical properties and biochemical signaling in cancer cells' antioxidant defense.
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