| 研究課題/領域番号 |
15K16320
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| 研究機関 | 東京医科歯科大学 |
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研究代表者 |
田畑 美幸 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, テニュアトラック助教 (00636839)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | バイオセンサ / 血中循環腫瘍細胞 / 乳がん |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、電界効果トランジスタの原理を用いた超高感度電位計測バイオセンサにより血中循環腫瘍細胞（Circulating Tumor Cells: CTC）の分離検出と核酸解析を行う小型・可搬型デバイスの創製に関する研究を行う。
CTCとは、原発腫瘍組織から遊離し血管内に侵入した細胞のことであり、わが国の死因第一位である悪性新生物つまり悪性腫瘍の遠隔臓器への転移の主要因である。血管内へ浸潤するがん細胞の大半は自己免疫系により死滅するが、ごく一部はCTCとして血液内を循環し標的臓器の毛細血管でトラップされ、基底膜を破壊して血管外へ遊出し、転移巣を形成すると考えられている。近年では、血液中のCTCの解析ががんの病態予測において有用だと認識されており、転移性乳がん、転移性結腸直腸がん、転移性前立腺がんにおける予後予測のバイオマーカーとしての有用性が示されている。血液10 mLあたりに、赤血球や白血球といった血球細胞は107-1010個のオーダーで存在するのに対しCTCは数から数百個程度しか存在せず、一般的な遠心分離法で分画化することは困難である。また、CTCが血球細胞より大きいことを利用したサイズによるフィルタリングを利用したCTC分離分析装置は既に製品化されているが（例えばCellSearch（Veridex社））、装置や検査費用が高額であり、分離後のCTCの特性解析には不向きであるなどの課題が指摘されており、これらの製品に代わる新たな検出原理を有する分離検出デバイスが求められている。
プローブ分子を固定化したセンサ表面にCTCを固定化し、CTCに由来するシアル酸負の電荷を有するため腫瘍細胞表面のシアル酸発現量の違い及びその中に含まれる核酸の解析を行うことにより、がんの早期診断デバイスの創製を目指すとともに、CTCに関する新たな生理機能を探究する。
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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
前年度はモデル系としてまずは培養細胞を用いてがん細胞を電気的に検出するデバイスの開発を試みた。ターゲットであるヒト乳腺がん細胞のMDA-MB-231（MM231）および正常ヒト乳腺細胞のMCF-10Aに関してプローブ分子を固定化したセンサ表面上に播種し、その相互作用を電位計測にて確認した。その結果、フェニルボロン酸（PBA）誘導体を固定化したセンサを用いた場合、細胞数に応じた電位応答を示し、MM231においてMCF10Aより多く存在しているシアル酸由来の負電荷を検出可能であることが分かった。
この結果を踏まえ、今年度は乳がんに特異的な核酸の増幅と検出を行うデバイスの開発に努めた。増幅中の副生成物であるプロトンを検出の指標とすることでラベル化剤を必要としない電気化学計測デバイスの作製に成功した。これらの成果から、CTCの検出および核酸解析を行う計測原理を確立でき、最終年度のシステム化・実装化に繋げることができたためおおむね順調な経過といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在の評価基板において、PBA誘導体とシアル酸の相互作用を用いた基礎的な検出原理を確立した。今後は、プローブ分子の固定化濃度やスペーサーの長さを最適化した後、検出限界、ダイナミックレンジ等のバイオセンサとしての機能評価を行っていく予定である。本電位計測方式の一つの利点として、電位計測結果は電極面積に依存しないということが挙げられる。ターゲット細胞と同程度の大きさを有するウェル型のセンサを微細加工技術により集積化しデジタルカウンティングによりがん細胞の定量化を達成することを目標としている。
本研究では、FETとマイクロ流体デバイスを利用したCTCの分離検出デバイスの構成を確立し、CTCの分離検出とその核酸解析を行う評価系の創製について提案する。電気化学的な計測法は非標識で蛍光ラベル等を必要としないため光学的検出装置が不要である他、半導体技術を駆使してセンサ部を高度に集積化できることから、システムの小型化・高感度化に有利である。FET延長ゲート表面でCTCを高S/Nに検出するために電位計測で得られた結果をフィードバックし、今後は、ゲート表面に捕捉したCTCを融解し、放出された核酸を電気的に簡易解析してがんの原発部位などの情報を得るため、核酸センシング部位を有するマイクロ流体デバイスの創製にも取り掛かる。エレクトロニクスと医療・生命科学分野の融合という観点において特徴的である本研究は、一見対称的な学問領域の技術・概念を融合することでさらなる展開として幅広い医療分野に貢献していくと考えられる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度予定していたセンサ表面の機能化および核酸増幅の検討において、試薬や消耗品の購入が少なかったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度は、比較的高価な生化学試薬やマイクロ流路作製のための試薬・器具・基板・消耗品の購入に使用する。
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