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超集積型細胞チップと核酸プローブを用いたオンチップがん診断システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K25237
補助金の研究課題番号 22H03983 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分90130:医用システム関連
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

山村 昌平  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (50432141)

研究分担者 重藤 元  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 (60805662)
秋山 靖人  静岡県立静岡がんセンター(研究所), その他部局等, 研究員 (70222552)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2025年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワード1細胞解析 / 細胞チップ / 核酸プローブ / 循環がん細胞 / 遺伝子変異がん細胞 / メラノーマ
研究開始時の研究の概要

独自の超集積型細胞チップと核酸プローブを用いて、1千万個以上の細胞を分離配置し、その中からCTCの検出から遺伝子変異解析までが可能なオンチップがん診断システムを開発する。まず、多数の白血球を単一層に配置する超集積型の細胞チップを設計作製する。次に、本細胞チップを用いて、がん細胞のみを抗体多重染色による定量検出を行う。さらに標的として、皮膚がんであるメラノーマで問題となっているBFAF遺伝子変異(V600E)がん細胞を検出する核酸プローブを作製する。作製した核酸プローブを細胞チップと組み合わせて、BFAF遺伝子変異CTCを検出し、簡易、迅速、高感度なオンチップがん診断システムの開発を目指す。

研究実績の概要

独自の超集積型細胞チップと核酸プローブを用いて、多数の血液細胞を分離配置し、その中から循環がん細胞(CTC)を検出し、さらに遺伝子変異解析までが可能なオンチップがん診断システムを開発する。昨年度までに、金型を用いた射出成形技術を用いて、樹脂製マイクロアレイチップを作製した。特に高集積化(マイクロチャンバー数を2万個から7.8万個へ)した超集積型細胞チップを設計作製し、複数枚のチップで1千万個以上の細胞を均一かつ単一層に配置することが可能となった。今年度は、作製した超集積型細胞チップを用いて、循環がん細胞(CTC)検出のモデル系構築を行った。ヒト白血球細胞としてCEM、CTCのモデルとして乳がん細胞MCF-7、皮膚がん細胞である2種のメラノーマ(BRAF遺伝子のV600E変異細胞:SEKI、変異なし:MeWo)を用いてCTC検出系の構築を進めた。まず、白血球中のがん細胞の検出として、チップ上でCEM中に混在するMCF-7を抗体多重染色で定量検出することに成功した。次に、皮膚がんのターゲットであるメラノーマについて、メラノーマ特異的な蛍光標識抗体を用いてチップ上で抗体多重染色を行い、2種のメラノーマを検出することが示された。それと同時に、BRAF変異がん細胞のSEKIのみを検出できるペプチド核酸(PNA)プローブの開発も行った。変異なしのMeWoに対してSEKIの方が高い蛍光強度を示したが、今後さらなる染色条件検討が必要である。したがって、超集積型細胞チップを用いて、皮膚がんであるメラノーマ細胞(BRAF変異細胞含む)をターゲットにした新規CTC検出系になり得ること示唆された。

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

今年度は、作製した超集積型細胞チップを用いてCTC検出系を構築することと、BRAF遺伝子変異(V600E)がん細胞:SEKIのみを検出できるペプチド核酸(PNA)プローブの開発が大きな目標であった。CTC検出系のモデルとして、チップ上で白血球細胞CEM中に混在する乳がん細胞MCF-7を抗体多重染色にて定量的に検出することができた。それに加えて、チップ上で2種のメラノーマも特異的な抗体を用いてチップ上で検出することが示された。さらに、最終的な標的である皮膚がんのBRAF変異細胞SEKIをPNAプローブで検出することに成功した。感度も含めてさらなる条件検討は必要であるが、BRAF遺伝子変異がん細胞を標的にした新しいCTC検出系として次年度の研究開発に繋がるため、順調に進展していると思われる。

今後の研究の推進方策

今後、作製した超集積型細胞チップを用いて、皮膚がんである2種のメラノーマ(BRAF遺伝子変異(V600E)細胞SEKI、変異なし細胞MeWo)に対するCTC検出のモデル系の構築を目指す。白血球細胞に添加するメラノーマ細胞MeWoを0.1%から0.0001%程度に細胞濃度を変化させ、蛍光顕微鏡下でがん細胞濃度に応じて定量検出するための条件を洗い出す。それと同時に、BRAF遺伝子変異のSEKIも白血球細胞中に添加して、MeWoに対するSEKIの定量検出なども検証する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 産業財産権 (4件) (うち外国 2件)

  • [雑誌論文] FRET probe for detecting two mutations in one <i>EGFR</i> mRNA2023

    • 著者名/発表者名
      Thu Myat、Yanai Kouta、Shigeto Hajime、Yamamura Shohei、Watanabe Kazunori、Ohtsuki Takashi
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 148 号: 11 ページ: 2626-2632

    • DOI

      10.1039/d3an00554b

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Localization of EGFR mutations in non-small cell lung cancer tissues using mutation-specific DNA-PNA probes2023

    • 著者名/発表者名
      Shigeto H, Miyata H, Ashizawa T, Iizuka A, Kikuchi Y, Hozumi C, Maeda C, Yamaguchi K, Yamamura S, Akiyama Y
    • 雑誌名

      Cancer Genomics Proteomics

      巻: 20 号: 4 ページ: 375-382

    • DOI

      10.21873/cgp.20389

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞チップと核酸プローブを用いたがん診断システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      山村昌平、重藤元
    • 雑誌名

      BIO Clinica 2023年12月号

      巻: 38 ページ: 85-89

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] 細胞チップと核酸プローブを用いたがん診断システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      山村昌平、重藤元
    • 雑誌名

      月刊「細胞」2023年6月号

      巻: 55 ページ: 93-97

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Single-Cell Microarray Chip with Inverse-Tapered Wells to Maintain High Ratio of Cell Trapping2023

    • 著者名/発表者名
      Sano Ryota、Koyama Kentaro、Fukuoka Narumi、Ueno Hidetaka、Yamamura Shohei、Suzuki Takaaki
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 14 号: 2 ページ: 492-492

    • DOI

      10.3390/mi14020492

    • 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] Adjusting the structure of a peptide nucleic acid (PNA) molecular beacon and promoting its DNA detection by a hybrid with quencher-modified DNA2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeto H, Kishi T, Ishii K, Ohtsuki T, Yamamura S, Kitamatsu M
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 10 号: 4 ページ: 722-732

    • DOI

      10.3390/pr10040722

    • 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] Fluorescence Ratiometric DNA Detection by Peptide Nucleic Acid-Pyrene Binary Probes2022

    • 著者名/発表者名
      Koki Ishii, Sakura Tsuchitani, Miyu Toyama, Hajime Shigeto, Shohei Yamamura, Takashi Ohtsuki, Yoshitane Imai, Mizuki Kitamatsu
    • 雑誌名

      Bioorg. Med. Chem. Lett.

      巻: 71 ページ: 128838-128841

    • DOI

      10.1016/j.bmcl.2022.128838

    • 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
  • [学会発表] ペプチド核酸プローブと1細胞マイクロアレイチップの融合による遺伝子変異がん細胞のイメージング検出法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      重藤元、北松瑞生、大槻高史、飯塚明、秋山靖人、山村昌平
    • 学会等名
      第46回 日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 1細胞トラップおよび培養のための細胞マイクロアレイチップ形状の最適化2023

    • 著者名/発表者名
      上野秀貴、重藤元、飯塚明、秋山靖人、山村昌平
    • 学会等名
      第46回 日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 1細胞解析および診断技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      山村昌平
    • 学会等名
      関西学院大学 理・工・生命環境学部講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Cell trapping and releasing method using nitrogen gas generated from Light-responsive gas-generating polymer (LGP)2023

    • 著者名/発表者名
      Hidetaka Ueno, Yoshinori Akagi, Shohei Yamamura
    • 学会等名
      The 27th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cell retrieval method by using microscale scaffold of light-responsive gas-generating polymer2023

    • 著者名/発表者名
      Hidetaka Ueno, Yoshinori Akagi, Shohei Yamamura
    • 学会等名
      33rd Anniversary World Congress on Biosensors (Biosensors 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 1細胞解析および診断を目指した細胞チップ2023

    • 著者名/発表者名
      山村昌平
    • 学会等名
      第21回PhotoLIFEワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光応答性ガス発生ポリマーを用いた1細胞選択的回収技術2022

    • 著者名/発表者名
      上野秀貴、赤木良教、山村昌平
    • 学会等名
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細胞マイクロアレイの三次元構造ウェルの流れ場による細胞固定効率2022

    • 著者名/発表者名
      佐野涼太、小山健太郎、上野秀貴、山村昌平、鈴木孝明
    • 学会等名
      第13回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2段型マイクロチャンバーアレイチップを用いた1細胞培養技術2022

    • 著者名/発表者名
      上野秀貴、重藤元、飯塚明、秋山靖人、山村昌平
    • 学会等名
      第45回 日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] マイクロアレイと三次元微小構造ウェル内の流れ場による細胞操作2022

    • 著者名/発表者名
      佐野涼太、小山健太郎、上野秀貴、山村昌平、鈴木孝明
    • 学会等名
      本機械学会関東支部群馬ブロック 研究・技術交流会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 細胞パターニング方法および細胞パターニング装置2023

    • 発明者名
      山村 昌平、上野 秀貴、重藤 元
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] マイクロアレイチップおよびマイクロアレイチップを用いた細胞培養方法2023

    • 発明者名
      山村 昌平、上野 秀貴、重藤 元
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 細胞パターニング方法および細胞パターニング装置2022

    • 発明者名
      山村昌平、上野秀貴、重藤元
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-098191
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] マイクロアレイチップおよびマイクロアレイチップを用いた細胞培養方法2022

    • 発明者名
      山村昌平、上野秀貴、重藤元
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-086270
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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