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2018 年度 実績報告書

筒状マイクロエンベロープ内壁に構築するグラフェンバイオインターフェース

研究課題

研究課題/領域番号 17H02759
研究機関日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所

研究代表者

上野 祐子  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (30589627)

研究分担者 手島 哲彦  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究員 (90779183)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードグラフェン / アプタマ / 自己組み立て / 生体分子 / バイオセンサ / 蛍光 / 3次元構造 / 生体適合材料
研究実績の概要

本研究の目的は,分子や細胞を内包可能な筒状マイクロエンベロープを作製し,エンベロープの内壁に,分子認識場として動作する生体分子インターフェースを構築することにより,内部の中空空間に閉じ込められた生体分子を高感度にかつ選択的に検出する,新規プラットフォームを確立することである.これにより,従来は物質の拡散により単利同定が困難であった,生きた細胞から放出される分泌物などの検出が可能となる.
本年度は,グラフェン/ポリパラキシレン/シルクフィブロインゲル/アルギン酸ゲルという生体適合性の高い高分子層で構成された積層膜を用いて,最上層のグラフェン表面にアプタマを修飾する方法および,グラフェンを最内層とする筒状マイクロエンベロープを安定に構築する条件を確立した.シルクフィブロインゲルは,合成条件や個体差による硬さや厚さのばらつきが比較的大きく,精密制御の際に課題となることが分かったため,この層を,生体適合性を有するより安定で制御しやすい材料に置換する検討を行った.このようにして作製した,グラフェンを最内層とする筒状マイクロエンベロープの内部に,複数種類の細胞を内包し,数日程度の培養に成功した.さらに,細胞外分泌物の検出を想定した培養環境下において,センシングのバックグラウンドを上昇させる妨害成分およびその影響の大きさを定量的に確認した.
これらの成果について,招待講演を含む国内外の学会および論文発表を行った.

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

エンベロープ内部の培養細胞から分泌される成分検出のデモンストレーションを行い,細胞活動の研究に展開可能な新規な可視化技術を確立するという目的を達成するため,今年度の成果として,複数種類の細胞を内包し,数日程度の培養に成功したことは,大きな進捗である,さらに,細胞外分泌物の検出を想定した培養環境下において,センシングのバックグラウンドを上昇させる妨害成分およびその影響の大きさを定量的に確認した.以上の状況から,ほぼ計画通りに遂行できたことを示している.

今後の研究の推進方策

今後は,これまでに考案したいくつかの妨害成分の影響を最小限に低減する方法についてそれらの有効性を調べ,その中から選択した最適条件を用いて,標的物質の検出定量限界を見積もり,センサ性能を見極める.さらに,異種細胞の共培養およびこれらの長期培養を行うため,培養環境下においても安定に構造を保持するエンベロープの作製を行う.最後に,これまでに得られた知識を統合し,細胞から分泌されるアルブミン等の成分について,エンベロープ内壁の蛍光応答を用いた検出および,蛍光イメージのタイムラプス測定によって,エンベロープ内部の培養細胞から分泌される成分の経時観測のデモンストレーションを行い,細胞活動の研究に展開可能な新規な可視化技術を確立する.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Self-Folded Three-Dimensional Graphene with a Tunable Shape and Conductivity2019

    • 著者名/発表者名
      Teshima Tetsuhiko F.、Henderson Calum S.、Takamura Makoto、Ogawa Yui、Wang Shengnan、Kashimura Yoshiaki、Sasaki Satoshi、Goto Toichiro、Nakashima Hiroshi、Ueno Yuko
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 19 ページ: 461~470

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04279

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 薄膜の三次元自己組立てを利用 した細胞の立体形成技術2019

    • 著者名/発表者名
      手島哲彦
    • 雑誌名

      PHARMSTAGE 《シリーズiPS 細胞・再生医療》

      巻: 18 ページ: 1~5

  • [雑誌論文] Fabrication of Graphene Microroll Aptasensor2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno Yuko、Teshima Tetsuhiko、Henderson Calum、Nakashima Hiroshi
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 30 ページ: 2989~2989

    • DOI

      https://doi.org/10.18494/SAM.2018.2069

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高分子積層薄膜を用いた細胞の内包化と三次元自己組立て技術2018

    • 著者名/発表者名
      手島哲彦, 中島寛, 上野祐子, 佐々木智, ヘンダーソン カルム, 塚田信吾
    • 雑誌名

      化学とマイクロ・ナノシステム

      巻: 17 ページ: 35~38

  • [雑誌論文] Cell encapsulation and 3D self-assembly using multi-layered polymeric thin films2018

    • 著者名/発表者名
      T. Teshima, H. Nakashima, Y. Ueno, S. Sasaki, C. S. Henderson, S. Tsukada
    • 雑誌名

      NTT Technical Review

      巻: 16 ページ: 53~61

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Graphene-based Micro Biosensors2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno Yuko
    • 学会等名
      2018 China-Japan-Korea Symposium on Analytical Chemistry
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Graphene-driven 3D self-assembly of conductive polymeric micro-rolls2018

    • 著者名/発表者名
      T. F. Teshima, C. S. Henderson, M. Takamura, Y. Ogawa, S. Wang, Y. Kashimura, S. Sasaki, T. Goto, H. Nakashima, Y. Ueno
    • 学会等名
      Biointerfaces Inter., 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Graphene Micro-roll Aptasensor for Three-Dimensional Protein Detection2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Ueno, T. Teshima, C. Henderson, H. Nakashima
    • 学会等名
      International Meeting on Chemical Sensors
    • 国際学会
  • [学会発表] Graphene Aptasensor Built at the Inner Wall of a Hollow 3D Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Ueno, T. Teshima, C. Henderson, H. Nakashima
    • 学会等名
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuron-encapsulated self-foldable graphene for graft-electrode interface2018

    • 著者名/発表者名
      Koji Sakai, Tetsuhiko Teshima, Hiroshi Nakashima, Yuko Ueno
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] 単層グラフェンの転写による高分子薄膜の三次元自己組立て2018

    • 著者名/発表者名
      手島哲彦,Calum S. Henderson,高村真琴,小川友以,Shengnan Wang,樫村吉晃,佐々木智,後藤東一郎,酒井洸児,中島寛,上野祐子
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム第38回研究会
  • [学会発表] ホールアレイ筒状グラフェンを用いた三次元培養神経組織の形成2018

    • 著者名/発表者名
      酒井洸児,手島哲彦,中島寛,上野祐子
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム第38回研究会
  • [学会発表] 円筒型グラフェンアプタセンサを用いた3次元タンパク質検出2018

    • 著者名/発表者名
      上野祐子,手島哲彦,Calum Henderson,中島寛
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [図書] Chemical, Gas, and Biosensors for Internet of Things and Related Applications2019

    • 著者名/発表者名
      R. Kurita, O. Niwa, Y. Ueno
    • 総ページ数
      416
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      0128154098

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公開日: 2019-12-27  

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