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マイクロ・ナノ電気穿孔法による細胞核への分子導入法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26289035
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2018)
京都大学 (2014-2017)

研究代表者

新宅 博文  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 理研白眉研究チームリーダー (80448050)

研究分担者 小寺 秀俊  京都大学, 工学研究科, 教授 (20252471)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワードRNA / DNA / 電気泳動 / マイクロ流体システム / シーケンシング / 1細胞 / 電気穿孔 / マイクロ流路 / 動電現象 / 生体高分子 / 細胞 / 一細胞 / マイクロ流体 / 物質輸送
研究成果の概要

開発したマイクロ流体システムが非常に高い再現性(およそ97%, n>120)で1細胞の配置および電気穿孔を実施できることを示した.流体トラップ構造は細胞の捕獲に加えて電流経路の限定により局所的に電場を集中できるため,結果的に一様電場を用いる場合と比較して印可電圧を1/10程度にまで低減できた.流体トラップの隙間と核膜に与えられる電場強度について系統的に解析を行い,それらを関係付ける近似式を開発した.
さらに,開発したマイクロ流体システムを応用して1細胞の細胞質RNAと核RNAを独立かつ並列で解析するSINC-seq法を確立した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発したマイクロ流体システムは集中電場を活用して選択的に細胞膜を穿孔し,細胞内外の物質輸送を制御することを実現した.これを活用して,再現性の高い電気穿孔法を確立した.さらに,世界で初めて1細胞の細胞質RNAと核RNAを独立かつ並列でシーケンス解析するSINC-seq法(1細胞RNA分画解読法)を確立した.

報告書

(6件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 5件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 13件、 招待講演 15件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Stanford 大学/NIST/San Jose State University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] TriLink/University of Minnesota(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] The University of Jordan(ヨルダン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] SINC-seq:1細胞の核RNAと細胞質RNAの定量相関解析2019

    • 著者名/発表者名
      OGUCHI Yusuke、ABDELMOEZ Mahmoud Nady、SHINTAKU Hirofumi
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 2 ページ: 088-090

    • DOI

      10.2142/biophys.59.088

    • NAID

      130007620379

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] SINC-seq: correlation of transient gene expressions between nucleus and cytoplasm reflects single-cell physiology2018

    • 著者名/発表者名
      Abdelmoez Mahmoud N.、Iida Kei、Oguchi Yusuke、Nishikii Hidekazu、Yokokawa Ryuji、Kotera Hidetoshi、Uemura Sotaro、Santiago Juan G.、Shintaku Hirofumi
    • 雑誌名

      Genome Biology

      巻: 19 号: 1

    • DOI

      10.1186/s13059-018-1446-9

    • NAID

      120007133998

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient Production of On-Target Reads for Small RNA Sequencing of Single Cells Using Modified Adapters2018

    • 著者名/発表者名
      Khnouf Ruba、Shore Sabrina、Han Crystal M.、Henderson Jordana M.、Munro Sarah A.、McCaffrey Anton P.、Shintaku Hirofumi、Santiago Juan G.
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 号: 21 ページ: 12609-12615

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.8b02773

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrical Lysis and RNA Extraction from Single Cells Fixed by Dithiobis(succinimidyl propionate)2018

    • 著者名/発表者名
      Subramanian Parimalam Sangamithirai、Oguchi Yusuke、Abdelmoez Mahmoud N.、Tsuchida Arata、Ozaki Yuka、Yokokawa Ryuji、Kotera Hidetoshi、Shintaku Hirofumi
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 号: 21 ページ: 12512-12518

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.8b02338

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation of gene expressions between nucleus and cytoplasm reflects single-cell physiology2017

    • 著者名/発表者名
      Abdelmoez Mahmoud Nady、Iida Kei、Oguchi Yusuke、Nishikii Hidekazu、Yokokawa Ryuji、Kotera Hidetoshi、Uemura Sotaro、Santiago Juan Gabriel、Shintaku Hirofumi
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: NA

    • DOI

      10.1101/206672

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Protocol for microfluidic system to automate the preparation and fractionation of the nucleic acids in the cytoplasm versus nuclei of single cells2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kuriyama, Hirofumi Shintaku, and Juan G. Santiago
    • 雑誌名

      Bio-protocol

      巻: 6(12) 号: 12

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.1844

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Protocol for microfluidic system to automate the preparation and fractionation of the nucleic acids in the cytoplasm versus nuclei of single cells2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kuriyama*, Hirofumi Shintaku*, and Juan G. Santiago [*: Equal contributors]
    • 雑誌名

      Bio-protocol

      巻: -

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Linearisation of λDNA Molecules by Instantaneous Variation of the Trapping Electrode Voltage Inside a Micro-Channel2015

    • 著者名/発表者名
      Itsuo HANASAKI, Naoya YUKIMOTO, Satoshi UEHARA, Hirofumi SHINTAKU, and Satoyuki KAWANO
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 48 号: 13 ページ: 135402-135402

    • DOI

      10.1088/0022-3727/48/13/135402

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isotachophoresis for Fractionation and Recovery of Cytoplasmic RNA and Nucleus from Single Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kuriyama, Hirofumi Shintaku, and Juan G. Santiago
    • 雑誌名

      Electrophoresis

      巻: - 号: 14 ページ: 1658-1662

    • DOI

      10.1002/elps.201500040

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Extraction and Fractionation of RNA and DNA from Single Cells Using Selective Lysing and Isotachophoresis2015

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku and Juan G. Santiago
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 9320 ページ: 93200Q-93200Q

    • DOI

      10.1117/12.2084981

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Increasing Hybridization Rate and Sensitivity of Bead Based Assays Using Isotachophoresis2014

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku, James W. Palko, Glenn M. Sanders, and Juan G. Santiago
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 53 号: 50 ページ: 13813-13816

    • DOI

      10.1002/anie.201408403

    • NAID

      120005647508

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] RNA extraction from single cells via focused electric field at a hydrodynamic trap in a microfluidic channel2018

    • 著者名/発表者名
      Mahmoud N. Abdelmoez, Ryuji Yokokawa, Hidetoshi Kotera, Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      the EMBS Micro and Nanotechnology in Medicine Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-Cell Small RNA-Seq by Microfluidic Chip Isotachophoresis with sRNA Library preparation using Chemically Modified Adapters2018

    • 著者名/発表者名
      L. Dick Keys, Sabrina Shore, Ruba Khnouf, Crystal M. Han, Jordana M. Henderson, Richard I. Hogrefe, Anton P. McCaffrey, Sarah A. Munro, Hirofumi Shintaku, Juan G. Santiago
    • 学会等名
      Next Generation Dx Summit
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dissecting correlation between cytoplasmic and nuclear gene expressions of single cells by microfluidic fractionation2018

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      the EMBS Micro and Nanotechnology in Medicine Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] RNA Extraction from Single Cells Using Electrical Lysis and Electrophoresis2018

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      International Conference on Complex Fluids and Soft Matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SINC-seq:電場を用いた一細胞分画RNA-sequencing法2018

    • 著者名/発表者名
      新宅博文
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 電子情報技術 マイクロナノシステムと材料・加工分科会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流路における電場誘起流れを用いた核酸操作と1細胞解析2018

    • 著者名/発表者名
      新宅博文
    • 学会等名
      バイオナノミクス基盤技術研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Isotachophoresis-based RNA extraction from fixed single cells2018

    • 著者名/発表者名
      Sangamithirai Subramanian Parimalam, Yusuke Oguchi, Mahmoud N. Abdelmoez, Arata Tsuchida, Yuka Ozaki, Ryuji Yokokawa, Hidetoshi Kotera, Hirofumi Shintaku,
    • 学会等名
      日本機械学会第9回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Numerical analyses on single-cell electroporation and RNA extraction under focused electric field2018

    • 著者名/発表者名
      Mahmoud N. Abdelmoez, Ryuji Yokokawa, Hidetoshi Kotera, and Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      日本機械学会 2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Integrated nuclear and cytoplasmic RNA sequencing of single cells2017

    • 著者名/発表者名
      Mahmoud Nady Abdel-Moez Atta, Kei Iida, Yusuke Oguchi, Sotaro Uemura, Juan G. Santiago, and Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      Advances in Genome Biology and Technology (AGBT) General Meeting 2017
    • 発表場所
      Hollywood, FL
    • 年月日
      2017-02-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On-chip Electric Fractionation of Cellular Components for Sequencing at Subcellular Resolution2017

    • 著者名/発表者名
      Mahmoud Nady Abdel-Moez Atta, Kei Iida, Yusuke Oguchi, Sotaro Uemura, Juan G. Santiago, and Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      2017 Microfluidics, Physics and Chemistry of GRC
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrokinetic microfluidic chip and chemically modified adapters streamline single cell next-generation sequencing of small non-coding RNA. Poster presented at: RNA-Seq2017

    • 著者名/発表者名
      Shore S, Khnouf R, Han CM, Henderson JM, Hogrefe RI, McCaffrey AP, Munro SA, Shintaku H, Santiago JG
    • 学会等名
      Single Cell Analysis & Single Molecule Analysis 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical fractionation of cytoplasmic and nuclear nucleic acids of single cells2017

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      Fundamentals and Applications of Microfluidic Compartmentalization
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 一細胞核内核酸と細胞質核酸の並列シークエンス解析2017

    • 著者名/発表者名
      新宅博文
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A microfluidic system for integrated analyses on nuclear and cytoplasmic nucleic acids of single cells2017

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      The 12th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Sytems, IEEE-NEMS 2017
    • 発表場所
      Los Angeles, CA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Massively parallel quantification of miRNA in single cells via duplex-specific nuclease reaction in pico-liter wells2016

    • 著者名/発表者名
      Sangamithirai Subramanian Parimalam, Ruji Yokokawa, Hidetoshi Kotera and Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      2016 International conference of Microfluidics, Nanofluidics, and Lab-on-a-chip
    • 発表場所
      Dalian, China
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical Fractionation of Cytoplasmic RNA And Nucleus From Single Cells For Parallel RNA and DNA Analyses2016

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      2nd Annual Next Generation Sequencing & Single Cell Analysis USA Congress
    • 発表場所
      Boston, MA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] On-Chip Electrical Lysis and Extraction of Cytoplasmic RNA and Genomic DNA from Single Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku, Kentaro Kuriyama, and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気穿孔および等速電気泳動を用いた一細胞前処理技術におけるRNA純度計測2015

    • 著者名/発表者名
      畑 翔太,横川 隆司,小寺 秀俊,新宅 博文
    • 学会等名
      日本機械学会2015年度年次大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] On-Chip Preparation System for Simultaneous Cytoplasmic RNA and Genomic DNA Analyses of Single Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      the 3rd Annual Single Cell Analysis Investigators Meeting
    • 発表場所
      Bethesda, MD, USA
    • 年月日
      2015-04-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microfluidic System for Simultaneous Analyses of RNA and DNA in Single Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      Berkeley Nanosciences and Nanoengineering Institute Seminar
    • 発表場所
      Berkeley, CA, USA
    • 年月日
      2015-02-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Extraction and Fractionation of RNA and DNA from Single Cells Using Selective Lysing and Isotachophoresis2015

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BiOS
    • 発表場所
      San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      2015-02-07 – 2015-02-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microfluidic System for Correlation Analyses of RNA and DNA in Single Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku, Kentaro Kuriyama, and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia Conferences, Single Cell
    • 発表場所
      Suzhou, China
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coupling Isotachophoresis with Bead-Based Assay for Rapid and Multiplexed Nucleic Acids Detection2014

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku, James W. Palko, Glenn M. Sanders, and Juan G. Santiago,
    • 学会等名
      Lab-on-a-Chip Asia - Microfluidics and Point Of Care Diagnostics
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 基板上に固定した液滴アレイの電気的結合と分裂2014

    • 著者名/発表者名
      岡 洸佑,横川 隆司,小寺 秀俊,新宅 博文
    • 学会等名
      日本機械学会第6回マイク ロ・ナノ工学シンポジウム
    • 発表場所
      松江
    • 年月日
      2014-10-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Sample Preparation for Simultaneous Analysis of RNA and DNA from Single Cells Using Electrophoretic Techniques2014

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku
    • 学会等名
      2nd Annual Single Cell Genomics & Transcriptomics Asia Congress 2014
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2014-10-07 – 2014-10-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Microfluidic System for Isolation and Analyses of RNA and DNA from Single Cells2014

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kuriyama, Hirofumi Shintaku, and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      2nd Annual Single Cell Genomics & Transcriptomics Asia Congress 2014
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2014-10-07 – 2014-10-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Correlating DNA and RNA Amounts in Single Cells Using Selective Lysing and Isotachophoresis2014

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shintaku, Kentaro Kuriyama, Hidekazu Nishikii, Lewis A. Marshall, Hidetoshi Kotera, and Juan G. Santiago
    • 学会等名
      SCIX 2014
    • 発表場所
      Reno, Nevada, USA
    • 年月日
      2014-10-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 化学とマイクロ・ナノシステム学会 会誌 1細胞解析とマイクロフルイディックスの今後,Vol. 18, No.1 (2019)2018

    • 著者名/発表者名
      新宅博文
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      化学とマイクロ・ナノシステム学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] RIKEN Microfluidics Laboratory

    • URL

      https://www.hshintaku.com/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Kyoto University Microfluidics Group

    • URL

      https://sites.google.com/site/kyotouniversitymicrofluidics/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 核酸分離用チップ、それを用いた核酸分離方法、および核酸分析方法2015

    • 発明者名
      新宅博文,藁谷卓哉,上村想太郎,小口祐伴
    • 権利者名
      京都大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2015
    • 取得年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-02-21  

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