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2018 年度 実績報告書

電気化学アレイデバイスの細胞培養プラットフォームへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 18H01840
研究機関東北大学

研究代表者

伊野 浩介  東北大学, 工学研究科, 准教授 (00509739)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード電気化学デバイス / 電極アレイ / 細胞培養 / 細胞機能計測 / 電気化学イメージング
研究実績の概要

本研究では、局所的な化学・電気刺激、またそれらの複合刺激が細胞機能に与える影響を明らかにするとともに、生体様組織構築を可能にする細胞培養プラットフォームのための電気化学デバイスを開発する。また、細胞計測を同時に行えるシステムを組み込むことで、スマート細胞培養プラットフォームとして完成させる。本研究を通して、Organs on a Chipといった動物代替用細胞チップとして本プラットフォームを完成させ、薬剤評価モデルへの応用を達成する。
本年度は細胞計測に関する3報の論文(ACS Sensors, DOI: 10.1021/acssensors.9b00344, 2019, in press.: Analytical Sciences, 35(1), 39-43, 2019: Sensors and Materials, 31(1), 13-22, 2019)を報告した。これらの論文では、ハイドロゲル内で培養した幹細胞の分化・呼吸活性評価、細胞内酵素活性評価に関する報告を行った。
さらに本年度では、電解析出による培養表面の修飾法を開発した(Biofabrication, DOI: 10.1088/1758-5090/ab166e, 2019, in press.: Chemical Communications, DOI: 10.1039/C9CC01576K, 2019, in press.: Lab on a Chip, 18, 2425-2432, 2018.: Sensors and Actuators B: Chemical, 277, 95-101, 2018.)。これにより、多点電極デバイス上でデザインした3次元ハイドロゲルの作製が可能になった。また、平面電極ではなく、3次元的な電極アレイを用いることで、ハイドロゲルプリンタとしての応用を示した。このように本年度は様々な細胞培養プラットフォームを開発した。

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8報の学術論文を報告しており、このことから順調に研究が進んでいるといえる。細胞刺激に関する報告は論文準備中であるが、細胞形態変化が観察されており、当初の予定通り研究が進んでいる。また、3つの雑誌で本成果はcoverに選ばれており(Electroanalysis, 30, (2018), 2195-2209. Selected as a cover feature.:Sensors and Materials, 31(1), (2019), 13-22. Selected as a cover.:Chemical Communications, DOI: 10.1039/C9CC01576K. 2019, in press. Selected as a back cover)、このことからも評価が高い研究が行われたと考えられる。特に細胞計測に関しては、上述したような申請書で記載した以上の研究成果が出ている。以上のことから、当初の計画以上に進呈しているといえる。

今後の研究の推進方策

Electrotaxis(電気走性)を利用した細胞操作を検討する。そのために、これまで開発してきた多点電極デバイス以外のデバイスを設計する。具体的には微小流路を組み込んだような多点電極デバイスを開発する。これにより、Organs on a Chipへの応用を検討する。具体的には肝臓や肺、腸管モデルなどを検討する。その際、次項で検討する血管構築などを誘導し、通常よりも生体に近い培養組織構築を実現する。
また、これまでに開発した電極修飾法(電解析出法)を用いて細胞足場をデバイス上に作製し、様々な細胞培養を実施する。その際、コラーゲンやフィブロネクチンといった細胞外マトリクスの局所修飾を検討する。細胞種として、神経細胞や幹細胞、線維芽細胞、血管細胞、ガン細胞を検討する。これにより生体様組織構築が可能かを調査する。これらの検討により、開発しているデバイス・システムをスマート細胞培養プラットフォームとして完成させる。
電気刺激が血管細胞の成熟を誘起する事が知られているが、局所領域の刺激で局所領域のみに細胞成熟を誘起できるかを調査する。これにより、細胞培養プラットフォーム内でのデザインした血管構築を可能にし、生体様組織構築を実現する。初年度は予備検討として1組の電極デバイスを使用したが、次年度は多点電極デバイスで局所刺激を実施する。

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 11件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] IBEC(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      IBEC
  • [雑誌論文] Combination of double-mediator system with large-scale integration-based amperometric devices for detecting NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 activity of cancer cell aggregates2019

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Takehiro Onodera, Mika T. Fukuda, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1021/acssensors.9b00344

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrodeposition-based rapid bioprinting of 3D-designed hydrogels with a pin art device2019

    • 著者名/発表者名
      Noriko Taira, Kosuke Ino, Hiroki Ida, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Biofabrication

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1088/1758-5090/ab166e

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrochemical fabrication of fibrin gels via cascade reaction for cell culture2019

    • 著者名/発表者名
      Noriko Taira, Kosuke Ino, Tatsuki Kumagai, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/C9CC01576K

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical imaging of cell activity in hydrogels embedded in grid-shaped polycaprolactone scaffolds using a large-scale integration-based amperometric device2019

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yuki Yokokawa, Noriko Taira, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Yuji Nashimoto, Tomokazu Matsue, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 35 ページ: 39~43

    • DOI

      10.2116/analsci.18SDP01

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Differential electrochemicolor imaging using LSI-based device for simultaneous detection of multiple analytes2019

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Takehiro Onodera, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 31 ページ: 13~13

    • DOI

      10.18494/SAM.2019.2035

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hydrogel electrodeposition based on bipolar electrochemistry2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Tomoaki Matsumoto, Noriko Taira, Tatsuki Kumagai, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 18 ページ: 2425~2432

    • DOI

      10.1039/C8LC00465J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intracellular electrochemical sensing2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Yuji Nashimoto, Noriko Taira, Javier Ramon Azcon, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Electroanalysis

      巻: 30 ページ: 2195~2209

    • DOI

      10.1002/elan.201800410

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local hydrogel fabrication based on electrodeposition with a large-scale integration (LSI)-based amperometric device2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Mayuko Terauchi, Mai Gakumasawa, Noriko Taira, Atsushi Suda, Ryota Kunikata, Tomokazu Matsue, Hitoshi Shiku
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 277 ページ: 95~101

    • DOI

      10.1016/j.snb.2018.08.135

    • 査読あり
  • [学会発表] Electrodeposition of patterned hydrogels using an LSI-based electrochemical devices for biosensing and cell culture2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Mayuko Terauchi, Mai Gakumasawa, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Respiration assay of co-culture cell spheroid using an LSI-based electrochemical device2018

    • 著者名/発表者名
      Hao-Jen Pai, Takehiro Onodera, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体組織構築に向けた電気化学3Dハイドロゲルプリンティング2018

    • 著者名/発表者名
      平典子、伊野浩介、珠玖仁
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第37回研究会(37th CHEMINAS)
  • [学会発表] Electrochemical hydrogel printing for cell culture2018

    • 著者名/発表者名
      Noriko Taira, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Microchemistry and Microsystems
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気化学ハイドロゲルプリンティングによる細胞足場構築と電解析出の影響評価2018

    • 著者名/発表者名
      平典子、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      東日本分析若手交流会
  • [学会発表] 微小電極集積デバイスを用いた細胞分化における酵素活性と代謝活性の同時イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      小野寺岳大、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第6回細胞凝集研究会
  • [学会発表] クローズドバイポーラ電極を用いた電気化学発光による細胞の呼吸活性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      八重垣稜佑、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第6回細胞凝集研究会
  • [学会発表] 電気化学ハイドロゲルプリンティングの開発2018

    • 著者名/発表者名
      平典子、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第6回細胞凝集研究会
  • [学会発表] Electrochemical 3D hydrogel scaffold printing2018

    • 著者名/発表者名
      Noriko Taira, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      H30 Tohoku University's Chemistry Summer School 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogel fabrication on bipolar electrodes2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Tomoaki Matsumoto, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemicolor imaging for simultaneous detection of multiple analytes using large scale integration (LSI) devices2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Takehiro Onodera, Mayuko Terauchi, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrodeposition of calcium alginate/gelatin hydrogels by scanning or stamping an electrode for cell culture platforms2018

    • 著者名/発表者名
      Jordan Robert, Kosuke Ino, Noriko Taira, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous imaging of enzyme and respiration activities of cell aggregates using an electrode array device2018

    • 著者名/発表者名
      Takehiro Onodera, Kosuke Ino, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      International Symposium on Chemical-Enviromental-Biomedical Technology (isCEBT2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemiluminescence detection for cellular respiratory activity using closed bipolar electrodes2018

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Yaegaki, Kosuke Ino,Yuji Nashimoto, and Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      International Symposium on Chemical-Enviromental-Biomedical Technology (isCEBT2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気化学デバイスを用いたハイドロゲルの電解析出2018

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、平典子、珠玖仁
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] Electrochemical devices for evaluation of three-dimensional cultured cells2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      4th Asian Symposium for Analytical Sciences
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気化学を用いて生成した生体適合性ハイドロゲルの機能評価2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷樹、伊野浩介、松本知明、平典子、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] 微小電極集積デバイスを用いた幹細胞の酵素活性と代謝活性の同時測定2018

    • 著者名/発表者名
      小野寺岳大、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] 電気化学ハイドロゲルプリンティングにより構築した細胞足場内での細胞培養評価2018

    • 著者名/発表者名
      平典子、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] クローズドバイポーラ電極を用いた電気化学発光による細胞呼吸活性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      八重垣稜佑、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] Electrochemical formation of biocompatible hydrogels for cell culture2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Kumagai, Kosuke Ino, Tomoaki Matsumoto, NorikoTaira, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      平成30年度化学系学協会東北大会
  • [学会発表] Vascular network formation on electrochemical devices2018

    • 著者名/発表者名
      Syoudai Hino, Kosuke Ino, Yuji Nashimoto, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      平成30年度化学系学協会東北大会
  • [学会発表] 電気化学デバイスを用いたハイドロゲル電解析出と細胞培養への応用2018

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介、平典子、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      2018年電気化学秋季大会
  • [学会発表] 電気化学デバイス上での血管内皮細胞培養2018

    • 著者名/発表者名
      日野翔太、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第38回研究会(38th CHEMINAS)
  • [学会発表] Electrochemical detection in micro/nano-systems:from cell analysis to characterization of energy materials2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Ino
    • 学会等名
      Workshop in MicroTAS 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞足場パターニングのための電気化学ハイドロゲルプリント手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      平典子、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第49回セミコンファレンス、第31回東北若手の会
  • [学会発表] 集積電気化学デバイスを用いたバイオ応用2018

    • 著者名/発表者名
      伊野浩介
    • 学会等名
      第27回日本MRS年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of intracellular enzyme activity of cell aggregates using an LSI-based electrochemical device2018

    • 著者名/発表者名
      小野寺岳大、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Measurement of cellular respiratory activity by electrochemiluminescence using C-BPEs2018

    • 著者名/発表者名
      八重垣稜佑、伊野浩介、梨本裕司、珠玖仁
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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