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2016 年度 実績報告書

がん超早期診断・予防のためのがん特異的エクソソーム超高精度解析デバイス

研究課題

研究課題/領域番号 16H02091
研究機関名古屋大学

研究代表者

馬場 嘉信  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30183916)

研究分担者 龍崎 奏  九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (60625333)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードナノバイオ / ナノ材料
研究実績の概要

本年度は、ナノワイヤを用いたがん特異的エクソソームの捕集デバイスの開発を行い、個々の技術の性能評価を行った。ナノワイヤを用いたがん特異的エクソソームの捕集は、作製したナノワイヤ構造体に蛍光標識化抗体(がん特異的表面分子を認識)を表面修飾することで達成した。この際には、作製したナノワイヤの配向性や直径、面方位などが抗体の表面修飾に及ぼす影響の評価を行った。また、生体分子分離用に既に開発したナノワイヤ構造体(ACS Nano, 2013, 7, 3029(IF=13); Sci. Rep. (Nat. Pub. Group), 2014, 4, 5252(IF=6); Sci. Rep. (Nat. Pub. Group), 2015, 5, 10584(IF=6))上に酸化グラフェンを吸着させることで、酸化グラフェンナノワイヤの作製に成功した。作製した酸化グラフェンナノワイヤの物性評価には、電子顕微鏡(SEM/STEM/TEM)法やX線回折法を用いた。その後、酸化グラフェンナノワイヤに蛍光標識化抗体の物理的修飾を行った。酸化グラフェンの特性(Small, 2012, 8, 977)により、修飾後に蛍光分子の蛍光強度が減少することが確認された。また、蛍光標識化抗体を酸化グラフェンナノワイヤから脱離することによって蛍光分子の蛍光強度が回復することも確認された。これら結果より、蛍光標識化抗体を用いて、蛍光のON/OFFの概念実証を行うことに成功した。さらに、酸化グラフェンナノワイヤに修飾した蛍光標識化抗体によるエクソソームの捕集と、抗体の脱離によるエクソソームの回収にも成功した。

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

本年度は、当初計画していた酸化グラフェンナノワイヤの作製と、そのナノワイヤへの蛍光標識化抗体の物理修飾ならびに、蛍光強度の減少を確認した。また、蛍光標識化抗体を酸化グラフェンナノワイヤより脱離することによって蛍光強度が回復することも確認し、蛍光分子のON/OFFの概念実証に成功している。さらに、酸化グラフェンナノワイヤに修飾した蛍光標識化抗体によるエクソソームの捕集と、抗体の脱離によるエクソソームの回収にも成功しており、当初の計画以上に進展していると考えた。

今後の研究の推進方策

今後は、横型ナノポアであるナノポアチャネルによるエクソソームのサイズ解析を行う。申請者は既に縦型ナノポアを用いることで、がんによるエクソソームのサイズ変化(がん: 58 nm; 正常:46 nm)の計測を実証している。その得られた知見を基に、ナノポアチャネル(横型ナノポア)でも同様の計測結果が得られるかどうかの実証を行う。縦型ナノポアは蛍光計測と電流計測を同期させることは技術的に困難であるため、横型ナノポアであるナノポアチャネルが来年度以降の蛍光・電流計測の同時計測には必要不可欠である。ナノポアチャネルでエクソソームの蛍光計測を行うために十分な流路長を確保すると、長くなった流路長に応じてポア部分の抵抗値が上昇し、エクソソーム導入による抵抗値の微小な変化量が読み取ることができない。そのため、本研究課題では、計測部はブリッジ回路を用いた計測系を開発する。ブリッジ回路では、釣り合いのとれた回路間において流れ込む電流値を計測するため、理論的には、大きな電圧を印加することによるS/N比の増強が可能となる見込みである。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016

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 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] A millisecond micro-RNA separation technique by a hybrid structure of nanopillars and nanoslits2017

    • 著者名/発表者名
      Wu Q., Kaji N., Yasui T., Rahong S., Yanagida T., Kanai M., Nagashima K., Tokeshi M., Kawai T., Baba Y.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 43877,43883

    • DOI

      10.1038/srep43877

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Label-free detection of real-time DNA amplification using a nanofluidic diffraction grating2016

    • 著者名/発表者名
      Yasui T., Ogawa K., Kaji N., Nilsson M., Ajiri T., Tokeshi M., Horiike Y., Baba Y
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 31642,31649

    • DOI

      10.1038/srep31642

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ナノワイヤによる細胞の異常増殖を促す細胞外小胞体の捕捉2017

    • 著者名/発表者名
      中村宥太;安井隆雄;柳田剛;加地範匡;金井真樹;長島一樹;川合知二;馬場嘉信
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] 分子夾雑に基づく新規機能性分子を活用したがん細胞・細胞外小胞解析デバイス2017

    • 著者名/発表者名
      馬場嘉信
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16
    • 招待講演
  • [学会発表] PDMS埋め込み型ナノワイヤデバイスによる尿中細胞外小胞体の捕捉と早期がん診断への応用2017

    • 著者名/発表者名
      長縄豪, 安井隆雄, 柳田剛, 加地範匡, 金井真樹, 長島一樹, 川合知二, 馬場嘉信
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16
  • [学会発表] コアシェルナノワイヤによる体液中の細胞外小胞内マイクロRNAの高速解析2017

    • 著者名/発表者名
      馬場嘉信
    • 学会等名
      日本学術振興会第116委員会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2017-01-16
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanobiodevice-based Electrophoretic Separations of Single Biomolecule, Exosome, and Cell for Medical Innovations2016

    • 著者名/発表者名
      Baba Y.
    • 学会等名
      American Electrophoresis Society
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2016-11-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanobiodevice-based Separations of Single Biomolecule, Exosome, and Cell for Medical Innovations2016

    • 著者名/発表者名
      Baba Y.
    • 学会等名
      The 23rd International Symposium on Electro- and Liquid-phase Separation Techniques (ITP 2016)
    • 発表場所
      Minneapolis, U.S.A.
    • 年月日
      2016-09-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 私たちの遺伝子を調べ健康を守る最先端化学2016

    • 著者名/発表者名
      馬場嘉信
    • 学会等名
      化学グランプリ 二次選考会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2016-08-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanobiodevices for Ultrafast DNA Sequencing, Cancer Diagnosis/Therapy, and iPS Cell-Based Regenerative Medicine2016

    • 著者名/発表者名
      Baba Y.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Analytical Chemistry Society of Taiwan
    • 発表場所
      Taiwan
    • 年月日
      2016-05-21
  • [図書] Nanofluidics : Edition 22017

    • 著者名/発表者名
      Kaji N., Takao Y., Tokeshi M., Baba Y.
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      RSC Publishing
  • [図書] CSJカレントレビュー23 先端計測:研究を支える機器開発, 日本化学会編2016

    • 著者名/発表者名
      馬場嘉信, 川合知二
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      化学同人

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公開日: 2018-01-16  

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