Ａβオリゴマー化動態検出センサの構築

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14254
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 野田 実 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (20294168)
• 研究分担者: 徳田 隆彦 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80242692) ; 島内 寿徳 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (10335383) ; 寒川 雅之 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70403128) ; 山下 馨 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (40263230)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: バイオセンサー / Aβ / オリゴマー / 動態

研究実績の概要

本申請計画で構成したⅠ．Aβオリゴマー化動態センサの構築、Ⅱ．センサ高感度化、Ⅲ．ELISA結果との比較、の３大項目中、主に前二者を進展できた。
Ⅰ．1)と2)オリゴマー検出脂質膜としては、Aβ分子モノマー段階で感度良く検出してしまう脂質種があったが、コレステロール添加(生体膜をより模擬)で線維伸長が活発になるオリゴマー段階を検出し得た。現時点でDMPC/コレステロールが最適であった。Ⅰ.4)センサ動作では、被験者血液測定の病院認可を得るためにヒト血清中を用いたカンチレバーセンサでのAβオリゴマー化動態検出を上記Ⅰ．1),2)での種々の脂質膜を用いて行い、ヒト血清中多数のタンパク質がリポソーム脂質膜と経時的相互作用変化をほぼ発現しないことから、Aβ線維伸長特有の動態変化を、上記選定したDMPC/コレステロールでヒト血清中においても検出できた。
一方で並行して脂質膜修飾分子として糖鎖修飾リポソームの性能検討を行い、DPPCの蛍光測定では１桁以上の感度向上を確認した。
Ⅱ．センサ高感度化では、1)の上記センサ抵抗歪ゲージ出力の低雑音化を差動回路技術とデジタルフィルタ技術で約3 ppmまで低減できた。その結果、Aβ1 nMまでの低濃度測定が行えた。またセンサ動作時温度変化+/-0.1度以内の制御系を別途構成した。
2)の動的検出PZT圧電センサでは、PZT薄膜が被測定バイオ溶液保持負荷を可能とするようなデバイス構造を検討し、溶液の流路供給と共に同薄膜を最上部/最下部にする２つの構造の設計に至った。
Ⅲ．ELISA結果との比較では、使用する合成オリゴマーの供給開発時間の点で分子内容が開示された市販Aβオリゴマーを選定した。上記センサ結果とは別に本Aβオリゴマーによる測定の比較を行う。

研究成果

• [雑誌論文] A cantilever-based biosensor for real-time monitoring of interactions between amyloid-β(1-40) and membranes comprised of phosphatidylcholine lipids with different hydrophobic acyl chains (2017)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, Y. Murakami, T. Taniguchi, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 雑誌名: Electroanalysis 巻: 29(3) ページ: 893-899
  • DOI: 10.1002/elan.201600416
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Increased levels of CSF total but not oligomeric or phosphorylated forms of alpha-synuclein in patients diagnosed with probable Alzheimer's disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Majbour NK, Chiasserini D, Vaikath NN, Eusebi P, Tokuda T, van de Berg W, Parnetti L, Calabresi P, El-Agnaf OM
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 ページ: 40263
  • DOI: 10.1038/srep40263
  • 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] Calcein leakage behavior from vesicles induced by protein-vesicle interaction: a study by surface pressure-area isotherms (2017)
  • 著者名/発表者名: Saki Fukuma, Toshinori Shimanouchi, Keita Hayashi and Yukitaka Kimura
  • 雑誌名: Chemistry Letters 印刷中 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1246/cl.170119
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Biosensing of interaction between phospholipid membrane of liposome as model cell membrane and amyloid-beta protein in human serum by dielectric dispersion analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshikawa, Z. Zhang, K. Yamashita, M. Noda
  • 雑誌名: Sens. Actuators B: Chemical 巻: 236(11) ページ: 1028-1035
  • DOI: 10.1016/j.snb.2016.04.185
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-time characterization of fibrillization process of amyloid-beta on phospholipid membrane using a new label-free detection technique based on a cantilever-based liposome biosensor (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: 236(11) ページ: 893-899
  • DOI: 10.1016/j.snb.2016.03.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Micromechanical Cantilever-Based Liposome Biosensor for Characterization of Protein-Membrane Interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 雑誌名: Electroanalysis 巻: 28(3) ページ: 620-625
  • DOI: 10.1002/elan.201500412
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monoclonal antibody with conformational specificity for a toxic conformer of amyloid β42 and its application toward the Alzheimer's disease diagnosis (2016)
  • 著者名/発表者名: Murakami K, Tokuda M, Suzuki T, Irie Y, Hanaki M, Izuo N, Monobe Y, Akagi K, Ishii R, Tatebe H, Tokuda T, Maeda M, Kume T, Shimizu T, Irie K.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 ページ: 29038
  • DOI: 10.1038/srep29038
  • 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] Contactless Liquid Sensing Technique Using a Quartz Oscillator (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Susa, Takeru Watanabe, Masayuki Sohgawa, Takashi Abe
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: Vol. 28, No. 4 ページ: 289-294
  • DOI: 10.18494/SAM.2016.1179
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 微量液体に対応した水晶発振回路式液体濃度センサの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柳田祐太, 須佐翼, 寒川雅之, 安部隆
  • 雑誌名: 電気学会論文誌E 巻: Vol.136, No.7 ページ: 319-322
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.136.319
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 水晶振動子を用いた液体分析用コンボセンサにおける形状最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂井了, 今井寛明, 寒川雅之, 安部隆
  • 雑誌名: 電気学会論文誌E 巻: Vol.136, No.8 ページ: 343-347
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.136.343
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 圧電MEMSダイアフラムセンサ用ゾル・ゲルPZT薄膜の残留応力評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塩見 丈, 山下 馨, 西海 太貴, 野田 実
  • 学会等名: 平成29年電気学会全国大会
  • 発表場所: 富山大学 五福キャンパス, 富山市
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [学会発表] AD患者血清中におけるアミロイドβタンパク質検出に向けたリポソーム固定カンチレバーセンサにおける脂質種の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口 智哉, 村上 祐樹, 西本 凌, 尾淵 浩也, 寒川 雅之, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 横浜市
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] 糖鎖修飾リポソームを用いた蛍光分子封入リポソームアレイセンサによるアミロイドβの検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田 一晶, 今村 亮太, 村田 直樹, 島内 寿徳, 山下 馨, 福澤 理行, 野田 実
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 横浜市
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] リポソーム固定化水晶振動子マイクロバランス（QCM）法を用いた生体タンパク質の検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 尾淵 浩也, 村上 祐樹, 西本 凌, 谷口 智哉, , 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 横浜市
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] 蛍光バイオセンシングシステムの開発に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村田 直樹, 今村亮太, 杜 偉薇, 福澤 理行 野田 実
  • 学会等名: 第6回4大学連携研究フォーラム
  • 発表場所: 京都薬科大学, 京都市
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-07
• [学会発表] Growth Behavior of Amyloid Fibrils on Membrane Interfaces of Lipid Membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Shimanouchi, Saki Fukuma, Miki Iwamura, Yukitaka Kimura, Hiroshi Umakoshi
  • 学会等名: Annual Meeting on AIChE 2016
  • 発表場所: SanFrancisco, USA
  • 年月日: 2016-11-14 – 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] リポソームナノ分子を用いたアミロイドβタンパク質の検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 祐樹, 谷口 智哉 , 張 子洋 , 寒川 雅之, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 平成28年度材料学会第2回研究会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学, 京都市
  • 年月日: 2016-11-05 – 2016-11-05
• [学会発表] Dielectric Dispersion Analysis of Interaction with Plural Phospholipid Species of Liposome by Arrayed Cells System Using Small Open-Ended Coaxial Probe (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kawasaki, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: IEEE Sensors 2016
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2016-10-30 – 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] A Highly Sensitive Amyloid-β Detection by Cantilever Microsensor Immobilized with Liposome with Incorporated Cholesterol and Phosphatidylcholine Lipid with Short Hydrophobic Acyl Chains (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami, T. Taniguchi, Z. Zhang, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: IEEE Sensors 2016
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2016-10-30 – 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] 誘電分散解析用アレイデバイス化計測システムとリポソーム－タンパク質間相互作用の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川崎 雅大, 今村 亮太, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 平戸文化センター, 平戸市未来創造館, 平戸市
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-26
• [学会発表] 圧電MEMSダイアフラム型超音波センサの上部電極が振動モードに与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西岡 知記, 西海 太貴, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 平戸文化センター, 平戸市未来創造館, 平戸市
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-26
• [学会発表] "Improvement of senstivity for Aβ Protein on Cantilever Biosensor by Incorporating DPPC Liposome with Cholesterol (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami, T. Taniguchi, Z. Zhang, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: MicroTAS 2016
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 2016-10-09 – 2016-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] 新規リポソーム脂質種を用いた蛍光分子封入リポソームアレイセンサのアミロイドβ経時特性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 今村 亮太, 村田 直樹, 島内 徳寿, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟市
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 炭素長の短い疎水基のリン脂質リポソームを用いたカンチレバーバイオセンサのAβタンパク質の検出感度向上の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村上 祐樹, 谷口 智哉 , 張 子洋 , 寒川 雅之, 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟市
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 低濃度Aβタンパク質検出用NiCr歪みゲージカンチレバーセンサの温度補償特性向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口 智哉 , 寒川 雅之, 村上 祐樹, 張 子洋 , 山下 馨, 野田 実
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟市
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Accumulation and fibril formation of amyloid β on lipid-or polymer-based membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Shimanouchi, Miki Iwamura, Shintaro Deguchi, Yukitaka Kimura
  • 学会等名: KJF-ICOMEP 2016
  • 発表場所: Hakata, Japan
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Detection of Fibrillization Process of Amyloid Beta Protein Using Arrayed Biosensor with Liposome Encapsulating Fluorescent Molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Imamura, T. Shimanouti, N. Murata, K. Yamashita, M. Fukuzawa, M. Noda
  • 学会等名: The 30th European Conference on Solid-State Transducers (Eurosensors2016)
  • 発表場所: Budapest Hungary
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Vibration Modes of Piezoelectric Diaphragms for Ultrasonic Microsensors and Influence of Top Electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamashita,T. Nishioka, T. Nishiumi, M. Noda
  • 学会等名: The 30th European Conference on Solid-State Transducers (Eurosensors2016)
  • 発表場所: Budapest Hungary
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] A High-Sensitive Detection of Several Tens of nM of Amyloid-Beta by Cantilever-Type Biosensor Immobilized DPPC Liposome Incorporated with Cholesterol (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami,Z. Zhang, T. Taniguchi, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: The 30th European Conference on Solid-State Transducers (Eurosensors2016)
  • 発表場所: Budapest Hungary
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Stress Control on Sol-Gel PZT Preparation for Highly Sensitive Diaphragm Structures of Ultrasonic Microsensors (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamashita, J. Shiomi, T. Nishiumi, M. Noda
  • 学会等名: 2016 IEEE ISAF/ECAPD/PFM
  • 発表場所: Darmstadt, Germany
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] 圧電ダイアフラム型超音波マイクロセンサ用PZT薄膜の ゾル・ゲル仮焼成温度に対する残留応力評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: Jo Shiomi, Kaoru Yamashita, Kaito Arai, Taiki Nishiumi, Minoru Noda
  • 学会等名: 電気学会センサ・マイクロマシン部門総合研究会
  • 発表場所: 金沢文化ホール, 金沢市
  • 年月日: 2016-06-29 – 2016-06-30
• [学会発表] Stress Evaluation of Sol-Gel Derived PZT Films Calcined at Various Temperatures on MEMS Diaphragms and Wafers for Highly Sensitive Microsensor (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamashita, J. Shiomi, T. Nishiumi, M. Noda
  • 学会等名: The 8th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano Technologies (APCOT 2016)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of top electrodes to vibration modes in impulse responses of MEMS piezoelectric diaphragms for ultrasonic microsensors (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nishioka, T. Nishiumi, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: The IEEE 2016 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai (IMFEDK 2016)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-24
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced sensitivity of cantilever-based liposome biosensor for detection of Aβ aggregation and fibril growth by incorporating DPPC liposome with cholesterol (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, Y. Murakami, T. Taniguchi, M. Sohgawa, K. Yamashita, M. Noda
  • 学会等名: Biosensors 2016
  • 発表場所: Gothenburg, Sweden
  • 年月日: 2016-05-25 – 2016-05-27
  • 国際学会
• [学会発表] Vibration Modes in Impulse Response of Piezoelectric Diaphragms for Ultrasonic Microsensors (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nishiumi, K. Yamashita, H. Tanaka, M. Noda
  • 学会等名: The 11th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2016)
  • 発表場所: Matsushima, Japan
  • 年月日: 2016-04-17 – 2016-04-20
  • 国際学会
• [備考] 京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科電子システム工学専攻電子機器工学講座 のホームページ
  • URL: http://www.cis.kit.ac.jp/~led/