ソフトコンピューティングと誘電泳動現象を利用した血中微量循環腫瘍細胞の早期同定

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H01747
• 研究機関: 一般財団法人ファジィシステム研究所
• 研究代表者: 山川 烈 一般財団法人ファジィシステム研究所, 研究部, 所長 (00005547)
• 研究分担者: 田中 文啓 産業医科大学, 医学部, 教授 (10283673) ; 堀尾 恵一 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (70363413)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 循環腫瘍細胞（CTC） / 誘電泳動 / ソフトコンピューティング / 自己組織化ファジィシステム / MEMS

研究実績の概要

１．血液中の希少な癌細胞を検出するCTCチップ装置について基礎的性能の検討を行った．捕捉抗体として抗EpCAM抗体や抗Podoplanin抗体をCTCチップに結合させ，健常人に癌細胞株を添加した「CTCモデル」を流して血液中の腫瘍細胞捕捉及び捕捉した細胞の検出に関する検討を行い，捕捉抗体濃度などの至適条件を得た．
２．得られたCTCについて遺伝子学的解析のための基礎検討を行った．肺癌細胞株及び肺癌組織検体からDNAを抽出し，次世代シークエンサーにて癌特異的遺伝子変異を調べた．
３．高導電率溶液中の循環腫瘍細胞の単離と，誘電泳動特性の測定が可能なピラー電極アレイデバイスを試作し，そのデバイスの有用性を基礎実験により評価した．
４．循環腫瘍細胞もしくは血液細胞の1個のインピーダンスを広帯域に測定できるマイクロストリップ上平行電極型のリング共振器を設計・試作し，マイクロ粒子の有無によりデバイスの共振周波数が変化することを確認できた．また，負性抵抗素子を上記デバイスに付加することにより，高感度化（共振特性の高Q値化）を実現した．
５．誘電泳動下で回転している細胞が形状変化をすると，その回転速度が影響を受ける．誘電泳動下で回転する肺癌細胞の形状分類を行い，その分類結果と回転速度との関係を評価した．形状分類に当たっては，細胞の大きさのみならず，細胞表面の凹凸や円形度も考慮するために，自己組織化マップを拡張した方法を用いた．その結果，細胞の大きさおよび表面の滑らかさが回転速度と密接に関係することが示された．
６．クリークギャップ電極によって1個の細胞に生じる誘電泳動力の測定結果と，誘電泳動溶液内で自由落下する時のターミナル速度から求めたその細胞１個の比重から，自己組織化ファジィシステムを用いて，その細胞が白血病細胞，循環腫瘍細胞，正常白血球のいずれに属するかを同定出来た．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

[解説]
1. Takeshi Yamakawa, "Design of Fuzzy Logic Controller and Its Distinctive Features," Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics, Vol.22, No.4, pp.740-746, 2018.

研究成果

• [雑誌論文] Detection of circulating tumor cells with a novel microfluidic system in malignant pleural mesothelioma (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoneda K, Kuwata T, Chikaishi Y, Mori M, Kanayama M, Takenaka M, Oka S, Hirai A, Imanishi N, Kuroda K, Ichiki Y, Ohnaga T, Tanaka F.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 110 ページ: 726-733
  • DOI: 10.1111/cas.13895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A liquid biopsy in primary lung cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoneda K, Imanishi N, Ichiki Y, Tanaka F.
  • 雑誌名: Surgical Today 巻: 49 ページ: 1563-1569
  • DOI: 10.1007/s00595-018-1659-2.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predictive factors of postoperative survival among patients with pulmonary neuroendocrine tumor (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiki Y, Matsumiya H, Mori M, Kanayama M, Nabe Y, Taira A, Shinohara S, Kuwata T, Takenaka M, Hirai A, Imanishi N, Yoneda K, Noguchi H, Shimajiri S, Fujino Y, Nakayama T, Tanaka F.
  • 雑誌名: Journal of Thoracic Disease 巻: 10 ページ: 6912-6920
  • DOI: 10.21037/jtd.2018.11.115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immune Checkpoint Inhibitors (ICIs) in Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC) (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoneda K, Imanishi N, Ichiki Y, Tanaka F.
  • 雑誌名: Journal of University of Occupational and Environmental Health 巻: 10 ページ: 173-189
  • DOI: 10.7888/juoeh.40.173
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Programmed death-ligand 1 (PD-L1) expression in pleomorphic carcinoma of the lung (2018)
  • 著者名/発表者名: Imanishi N, Hirai A, Yoneda K, Shimajiri S, Kuwata T, Tashima Y, Takeuchi M, Iwai Y, Ichiki Y, Tanaka F.
  • 雑誌名: Journal of Surgical Oncology 巻: 117 ページ: 1563-1569
  • DOI: 10.1002/jso.25041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Podoplanin - an emerging cancer biomarker and therapeutic target (2018)
  • 著者名/発表者名: Krishnan H, Rayes J, Miyashita T, Ishii G, Retzbach EP, Sheehan SA, Takemoto A, Chang YW, Yoneda K, Asai J, Jensen L, Chalise L, Natsume A, Goldberg GS
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 109 ページ: 1292-1299
  • DOI: 10.1111/cas.13580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Soluble PD-L1 with PD-1-binding capacity exists in the plasma of patients with non-small cell lung cancer. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi M, Doi T, Obayashi K, Hirai A, Yoneda K, Tanaka F, Iwai Y.
  • 雑誌名: Immunology Letters 巻: 196 ページ: 155-160
  • DOI: 10.1016/j.imlet.2018.01.007
  • 査読あり
• [学会発表] リング共振器型電極を用いた循環腫瘍細胞検出の高分解能化に関する検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 空翔太， 熊原 宏征,，江口正徳， 黒木太司，山川烈,，田中 文啓
  • 学会等名: 電子情報通信学会マイクロ波研究会
• [学会発表] Numerical and Experimental Investigations on Ring Resonator Type of Electrode for Circulating Tumor Cell Detection (2019)
  • 著者名/発表者名: Shouta Sora, Kousei Kumahara, Masanori Eguchi, Futoshi Kuroki, Takeshi Yamakawa, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: 2019 Radio ans Wireless Week
  • 国際学会
• [学会発表] ピンセット形電極の共振現象を利用した肺癌部位推定に関する一考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 熊原宏征，坂本雅弥，黒木太司，江口正徳，山川烈，田中文啓
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] 負性抵抗素子を用いた循環腫瘍細胞検出リング共振器型電極のQ値改善に関する検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 空翔太，熊原宏征，黒木太司，江口正徳，山川烈，田中文啓
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] Detection of circulating tumor cells (CTCs) with polymeric CTC-chip or LiquidBiopsy system in primary lung cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazue Yoneda, Taiji Kuwata, Masataka Mori, Masatoshi Kanayama, Katsuma Yoshimatsu, Yusuke Takeda, Kasumi Kusanagi, Teruaki Ishida, Hiroki Matsumiya, Yusuke Nabe, Akihiro Taira, Shinji Shinohara, Ayako Hirai, Yuko Tashima, Naoko Imanishi, Koji Kuroda, Yoshinobu Ichiki, Takashi Ohnaga, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: AACR-JCA Joint Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Effective detection of circulating tumor cells (CTCs) in malignant pleural mesothelioma (MPM) with "universal" CTC-chip and an anti-podoplanin antibody NZ-1.2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazue Yoneda, Taiji Kuwata, Masataka Mori, Masatoshi Kanayama, Koji Kuroda, Yoshinobu Ichiki, Mika K. Kaneko, Yukinari Kato, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: PDPN meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation Characteristics of EWE Antenna on Actual Ground for Landslides Prediction Based on Bistatic Radar System Using AM Radio Broadcasting (2018)
  • 著者名/発表者名: Kousei Kumahara, Futoshi Kuroki, Masanori Eguchi, Takeshi Yamakawa
  • 学会等名: 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Sensing Performance Evaluation of Landslides Prediction System Based on Bistatic Radar Technology Using Public AM Radio Broadcasting (2018)
  • 著者名/発表者名: Kousei Kumahara, Futoshi Kuroki, Masanori Eguchi, Takeshi Yamakawa
  • 学会等名: 2018 IEEE MTT-S International Microwave Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Consideration of Relationship between Shape and Angular Velocity of Particles under Electrorotation (2018)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Horio, Koya Matsuyama, Masanori Eguchi, Takeshi Yamakawa
  • 学会等名: World Automation Congress 2018 (WAC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Pillar Electrode Array for Electrorotation Analysis of Single Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Masanori Eguchi, Keiichi Horio, Futoshi Kuroki, Hiroko Imasato, Takeshi Yamakawa
  • 学会等名: World Automation Congress 2018 (WAC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Investigation of Circulating Tumor Cell Detection Using Resonant Circuits (2018)
  • 著者名/発表者名: Shouta Sora, Kousei Kumahara, Futoshi Kuroki, Masanori Eguchi, Takeshi Yamakawa, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: World Automation Congress 2018 (WAC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Identifying and Handling a Biological Cell by Employing Dielectrophoresis (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yamakawa
  • 学会等名: 7th International Conference on Informatics, Electronics & Vision (ICIEV2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orthogonally-Face-to Face Type of Micro-electrode with Ring Resonator for Circulating Tumor Cell Detection (2018)
  • 著者名/発表者名: Shouta Sora, Kousei Kumahara, Masanori Eguchi, Futoshi Kuroki, Takeshi Yamakawa, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: Asia -Pacific Microwave Conference (APMC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Capture of tumor cells in blood with “universal CTC-chip” (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazue Yoneda, Taiji Kuwata, Yasuhiro Chikaishi, Takashi Ohnaga, Yoshinobu Ichiki, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: American Association for Cancer Research (AACR) Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] “Universal”CTC-chipと抗EGFR抗体(Cetuximab)を用いたEpCAM陰性中皮腫細胞の捕捉 (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵，田中文啓
  • 学会等名: 第22回分子標的治療学会
• [学会発表] Circulating Tumor Cells (CTCs): Detection and clinical significance in thoracic malignancies (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazue Yoneda, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: Anti-Cancer Treatment Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Clinical Application of a Novel CTC-chip to Detect Circulating Tumor Cells (CTCs) in Malignant Pleural Mesothelioma (MPM) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazue Yoneda, Taiji Kuwata, Yasuhiro Chikaishi, Yoshinobu Ichiki, Takashi Ohnaga, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: 6th Japanease Cancer Association (JCA) -American Association for Cancer Research (AACR) Special joint conference
  • 国際学会
• [学会発表] 悪性胸膜中皮腫における循環腫瘍細胞（CTC）の臨床的意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵，田中文啓
  • 学会等名: 第28回日本産業衛生学会 職業性呼吸器疾患研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Circulating tumor cells (CTCs) in malignant pleural mesothelioma (MPM) with the novel CTC-chip system (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵，大永崇，田中文啓
  • 学会等名: 第77回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 悪性胸膜中皮腫における循環腫瘍細胞 (CTC)の臨床的意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田 和恵，桒田 泰治，近石泰弘，森將鷹，金山雅俊，吉松克真，武田祐介，草薙佳澄，石田輝明，小山倫太郎，松宮弘喜，有村ゆう子，名部祐介，平良彰浩，篠原伸二，竹中賢，平井文子，田嶋裕子，今西直子，黒田耕志，市来嘉伸，田中文啓
  • 学会等名: 第36回産業医科大学学会
• [学会発表] 肺癌学会悪性胸膜中皮腫における循環腫瘍細胞：新規CTCチップの開発と臨床応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵，桒田泰治，近石泰弘，森將鷹，金山雅俊，平良彰浩，名部裕介，篠原伸二，竹中賢，岡壮一，平井文子，田嶋裕子，今西直子，黒田耕志，市来嘉伸，大永崇，田中文啓
  • 学会等名: 第59回日本肺癌学会学術集会
• [学会発表] 悪性胸膜中皮腫における循環腫瘍細胞（CTCs）の分離検出に関する検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵，桒田泰治，近石泰弘，森將鷹，金山雅俊，吉松克真，武田祐介，草薙佳澄，石田輝明，小山倫太郎，松宮弘喜，有村ゆう子，名部祐介，平良彰浩，篠原伸二，竹中賢，平井文子，田嶋裕子，今西直子，黒田耕志，市来嘉伸，大永崇，田中文啓
  • 学会等名: 第3回Liquid Biopsy研究会
• [学会発表] A Consideration on Detection of Circulating Tumor Cells Using Ring Resonator Type of Electrode (2018)
  • 著者名/発表者名: Shouta Sora, Kousei Kumahara, Futoshi Kuroki, Masanori Eguchi, Hiroko Imasato, Takeshi Yamakawa, Kazue Yoneda, Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (AP-S/URSI2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 対向型循環腫瘍細胞検出マイクロ電極を構成するマイクロストリップ線路の伝送損失と Q値に関する検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 空 翔太，熊原 宏征，江口正徳，黒木太司，山川 烈,，田中 文啓
  • 学会等名: 電気情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] Experimental Investigation on Potentiality for Circulating Tumor Cell Detection Using Ring-resonator-shaped Electrode (2018)
  • 著者名/発表者名: Shouta Sora, Kousei Kumahara, Futoshi Kuroki, Masanori Eguchi, Takeshi Yamakawa, and Fumihiro Tanaka
  • 学会等名: 6th Smart City Workshop 2018 in Malaysia
  • 国際学会
• [図書] 早期発見・予防に向けた次世代がん検査技術の最前線 (2019)
  • 著者名/発表者名: 米田和恵、田中文啓
  • 総ページ数: 216
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4-7813-1405-1
• [備考] 一般財団法人ファジィシステム研究所
  • URL: http://flsi.cird.or.jp
• [備考] 産業医科大学 医学部 第2外科
  • URL: http:www.kitakyusyu-gan.jp/index.html
• [備考] 九州工業大学 大学院 生命体工学研究科
  • URL: http://www.lsse.kyutech.ac.jp
• [備考] 呉工業高等専門学校
  • URL: https://www.kure-nct.ac.jp