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新規細胞内応力計測技術と機械学習を組み合わせた単一癌細胞転移診断技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ2167
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分国内
審査区分 小区分90120:生体材料学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

王 洪欣  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 特別研究員(RPD)

研究期間 (年度) 2023-04-25 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードintracellular force / stress / AFM indentation
研究開始時の研究の概要

90% of cancer deaths is due to metastasis. It is important to evaluate metastatic potential at an earlier stage. I plan to develop a new method based on prestress measurement on cytoskeleton. Unlike conventional cancer type-dependent diagnosis, my method can be generally applied to all cancer types.

研究実績の概要

We invented a unique way to‘touch’a cell with nanoscale‘hand’, so that the intracellular force (prestress) distribution, rather than commonly discussed modulus, over a complete cell could be mapped by atomic force microscopy (AFM). Such task was achieved by using an informatics-assisted AFM indentation technique to search for both the models used to fit indentation force-displacement curves and probe geometry descriptors. It enabled lateral prestress to be mapped with nanometric details.
Furthermore, we visualized dynamic mechanical responses of the cells adapting to environmental stimuli in situ. Our results highlight the alteration in the intracellular forces to attenuate environmental stimuli, such as rescue from mechanical stimulus-initiated cell death and initiation of cell migration.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

This result was not only published in STAM and selected as Editor's choice, but also received an excellent poster award at an academic conference.
In addition, AFM measurements were used in research to develop cell scaffolds based on ionic liquid interface, and the results were published in Adv. Mater.

今後の研究の推進方策

Following the demonstrated examples (Wang, etc. STAM, 2023) and power of this new characterization technique, future development should be further improving force sensitivity toward single molecule force measurement. It would enable direct understanding of mechanical roles for each molecular component in the cell response circuitry, when combining the technique with state-of-the art molecular imaging technologies.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Ionic Liquid Interface as a Cell Scaffold2024

    • 著者名/発表者名
      Ueki Takeshi、Uto Koichiro、Yamamoto Shota、Tamate Ryota、Kamiyama Yuji、Jia Xiaofang、Noguchi Hidenori、Minami Kosuke、Ariga Katsuhiko、Wang Hongxin、Nakanishi Jun
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 2310105 号: 26 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1002/adma.202310105

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mapping stress inside living cells by atomic force microscopy in response to environmental stimuli2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Hongxin、Zhang Han、Tamura Ryo、Da Bo、Abdellatef Shimaa A.、Watanabe Ikumu、Ishida Nobuyuki、Fujita Daisuke、Hanagata Nobutaka、Nakagawa Tomoki、Nakanishi Jun
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 24 号: 1 ページ: 2265434-2265434

    • DOI

      10.1080/14686996.2023.2265434

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] AFM Based Intracellular Prestress Characterization for Living cells in Response to Environmental Stimuli2024

    • 著者名/発表者名
      HongxinWang
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Joint Symposium for Innovations in Biomaterial & Device Design
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] AFM Based Intracellular Prestress Characterization for Living cells in Response to Environmental Stimuli2023

    • 著者名/発表者名
      HongxinWang
    • 学会等名
      ナノ科学シンポジウム2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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