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2014 年度 実績報告書

生殖細胞品質診断を実現する超高精度ミトコンドリア呼吸機能解析システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25282150
研究機関山形大学

研究代表者

阿部 宏之  山形大学, 理工学研究科, 教授 (10375199)

研究分担者 黒谷 玲子  山形大学, 理工学研究科, 准教授 (00453043)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード細胞呼吸 / 電気化学計測 / 細胞機能診断 / ミトコンドリア / 生殖医療
研究実績の概要

ミトコンドリアは、機能分化した細胞においてはエネルギー産生やアポトーシスなどの重要な生命現象に関わっている。したがって、精度の高い呼吸計測技術は細胞の代謝活動やクオリティーの評価、アポトーシスの解析やミトコンドリアの機能異常に関連した疾患の診断に極めて有効な方法となる。本研究では、電気化学計測技術を基盤とする医療応用可能な超高精度細胞呼吸測定システムの開発を目的とする。平成26年度は、前年度に引き続き、単一細胞非侵襲呼吸計測システムを開発するために、(1)超高感度マイクロ電極の開発、(2)単一細胞呼吸測定技術の開発、(3)非侵襲呼吸測定液の開発、(4)極微量試料を用いたミトコンドリア呼吸機能解析技術の開発、以上の4項目の研究を行った。(1)では、酸素の還元条件下-0.6 V、計測レンジ1 nA、電流値-0.2~-0.5 nAの感度を有するマイクロ電極の安定した作製システムを確立し、マウス卵子及び胚の呼吸測定により性能評価を行った。(2)では、測定精度に影響するマクロ電極先端径、マイクロ電極-試料間の距離(電極先端位置)、マイクロ電極の走査速度及び走査距離などの基本条件を決定することができた。(3)では、受精卵培養液をベースに、マイクロ電極を汚染せず、超微弱(pAレベル)電流の検出にも影響しない計測液を作製することができた。(4)では、呼吸測定システムにより非侵襲的に呼吸量を測定したマウスの単一卵子及び胚を用いて、JC-1等の蛍光染色によりミトコンドリアの局在を検出することができた。また、呼吸測定後の単一卵子及び胚の微量試料におけるATP量の定量化に成功した。

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

研究期間(4年間)の前半において、最も重要であった単一細胞(卵子・胚)の非侵襲呼吸測定システムを開発することができた。平成26年度では、新たに開発した呼吸測定システムを用いて呼吸測定した卵子及び胚のミトコンドリア呼吸機能解析の可能性示すことができ、本研究の最終目標である医療対応型細胞診断システムの開発に大きく前進した。したがって、当初の研究計画は順調に進んでいると判断する。

今後の研究の推進方策

平成26年度までに得られた成果を検証・総括し、「単一細胞呼吸測定システム」を完成させる。平成27年度では、前年度までに研究項目(3)として設定していた「極微量試料を用いたミトコンドリア呼吸機能解析技術の開発」を重点的に行う。具体的には、単一の卵子や培養細胞から得られる極微量試料でのミトコンドリア呼吸機能解析技術を確立するために、①非侵襲ミトコンドリア局在解析、②高精度ATP定量解析、③酵素複合体チトクロームc酸化酵素(COX)の遺伝子発現解析を行う。この研究項目は、技術的にも高い難度が予想されることから、共同研究者と密に連携し、単一試料からの微量試料を用いた解析を実施する。

次年度使用額が生じた理由

本研究事業では、(1)単一細胞呼吸計測システムの開発と(2)ミトコンドリア呼吸機能解析を研究の柱としている。平成26年度は、(1)の単一細胞呼吸計測システムの検証実験と(2)のミトコンドリア呼吸機能の生物学的解析を行った。(2)における遺伝子発現解析は予備実験の段階で終了したため、学術研究助成基金助成金の一部使用で研究の目的を達成することができた。

次年度使用額の使用計画

平成27年度では、平成26年度までの結果を検証し、極微量試料を用いたミトコンドリア呼吸機能解析技術の開発を重点的に行う。特に、酵素複合体チトクロームc酸化酵素(COX)の遺伝子発現解析を実施するために、抗体や遺伝子解析関連試薬の購入に科学研究費補助金および学術研究助成基金助成金を充てる。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Relationships between oxygen consumption rate, viability and subsequent development of in vivo-derived porcine embryos2015

    • 著者名/発表者名
      Sakagami N., Nishida K., Akiyama K., Abe H., Hoshi H., Suzuki C., Yoshioka K.
    • 雑誌名

      Theriogenology

      巻: 83 ページ: 14-20

    • DOI

      10.1016/j.theriogenology.2014.06.027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Macrophage colony-stimulating factor induces prolactin expression in rat pituitary glands2014

    • 著者名/発表者名
      Hoshino S., Kurotani R., Miyano Y., Sakahara S., Koike K., Maruyama M., Ishikawa F., Sakata I., Abe H., Sakai T.
    • 雑誌名

      Zool. Sci.

      巻: 31 ページ: 390-397

    • DOI

      10.2108/zs130226

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging of rat brain using short graded-index multimode fiber2014

    • 著者名/発表者名
      Sato M., Kanno T., Ishihara S., Suto H., Takahashi T., Kurotani R., Abe H., Nishidate I.
    • 雑誌名

      Proc. of the International Society for Optics and Photonics

      巻: 8928 ページ: 89281D-1~D-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulation of LH/FSH expression by secretoglobin 3A2 in the mouse pituitary gland2014

    • 著者名/発表者名
      Miyano Y., Tahara S., Sakata I., Sakai T., Abe H., Kimura S., Kurotani R.
    • 雑誌名

      Cell Tiss. Res.

      巻: 356 ページ: 253-260

    • DOI

      10.1007/s00441-014-1794-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mouse brown (b/Tyrp1b) allele inhibits eumelanin but not pheomelanin synthesis2014

    • 著者名/発表者名
      Hirobe T., Ito S., Wakamatsu K., Kawa Y. Abe H.
    • 雑誌名

      Zool. Sci.

      巻: 31 ページ: 53-63

    • DOI

      10.2108/zsj.31.53

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ARTにおける新技術・酸素消費と胚評価2014

    • 著者名/発表者名
      阿部宏之
    • 雑誌名

      臨床婦人科産科

      巻: 68 ページ: 20-27

  • [雑誌論文] 酸素消費測定による胚の品質評価 ―超高感度細胞呼吸測定装置の開発と不妊治療における臨床応用―2014

    • 著者名/発表者名
      阿部宏之
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 249 ページ: 19-24

  • [学会発表] 新規チップ型受精卵呼吸測定装置を用いた受精卵の客観的評価法の検討2014

    • 著者名/発表者名
      志賀尚美、宇都宮裕貴、石橋ますみ、黒澤大樹、渡邉善、菅沼亮太、福原理恵、福井淳史、五十嵐秀樹、高橋俊文、阿部宏之、熊谷仁、寺田幸弘、八重樫伸生
    • 学会等名
      第59回日本生殖医学会学術講演会
    • 発表場所
      東京都、京王プラザホテル
    • 年月日
      2014-12-04 – 2014-12-05
  • [学会発表] Evaluation the quality of single embryos with a non-invasive and highly sensitive measurement of respiration activity by scanning electrochemical microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Abe H.
    • 学会等名
      The 16th Chongqing ART Conference
    • 発表場所
      Chongqing, China
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規チップ型受精卵呼吸測定装置を用いた受精卵の客観的評価法の検討2014

    • 著者名/発表者名
      志賀尚美、宇都宮裕貴、石橋ますみ、黒澤大樹、渡邉善、菅沼亮太、福原理恵、福井淳史、五十嵐秀樹、高橋俊文、阿部宏之、熊谷仁、寺田幸弘、八重樫伸生
    • 学会等名
      第52回東北生殖医学会
    • 発表場所
      秋田市、秋田アトリオン
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-15
  • [学会発表] 走査型電気化学顕微鏡を用いた呼吸量測定による非侵襲的で客観的な豚受精卵の品質評価の試み2014

    • 著者名/発表者名
      坂上信忠、西田浩司、秋山清、阿部宏之、青柳重夫、内海陽介、星宏良、鈴木千恵、吉岡耕治
    • 学会等名
      平成26年度神奈川県ものづくり技術交流会
    • 発表場所
      神奈川県海老名市、神奈川県産業技術センター
    • 年月日
      2014-10-22 – 2014-10-24
  • [学会発表] 新規チップ型受精卵呼吸測定装置を用いた受精卵の客観的評価法の検討2014

    • 著者名/発表者名
      志賀尚美、宇都宮裕貴、石橋ますみ、黒澤大樹、渡邉善、菅沼亮太、福原理恵、福井淳史、五十嵐秀樹、高橋俊文、阿部宏之、熊谷仁、寺田幸弘、八重樫伸生
    • 学会等名
      第62回北日本産婦人科学会
    • 発表場所
      金沢市、ホテル金沢
    • 年月日
      2014-09-28 – 2014-09-28
  • [学会発表] Novel automated device with the chip electrode for monitoring respiratory activity of embryos2014

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa H., Utsunomiya H., Shiga N., Takahashi A., Ishibashi M., Watanabe Z., Abe H., Terada Y., Takahashi T., Fukui A., Suganuma R., Yaegashi N.
    • 学会等名
      2014 Annual Meeting of American Society for Reproductive Medicine
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2014-09-28 – 2014-09-28
  • [学会発表] 単一ブタ胚におけるシトクロムcオキシダーゼ遺伝子発現解析2014

    • 著者名/発表者名
      坂原聖士、坂上信忠、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      日本動物学会第85回大会
    • 発表場所
      仙台市、東北大学川内北キャンパス
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] 多項目解析技術を駆使したウシ初期胚におけるミトコンドリア呼吸機能の解析2014

    • 著者名/発表者名
      阿部宏之、島 麗香、高倉 啓、坂原聖士、黒谷玲子
    • 学会等名
      日本動物学会第85回大会
    • 発表場所
      仙台市、東北大学川内北キャンパス
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] 異なる受精条件で作製したマウス胚の発生能とミトコンドリア機能の解析2014

    • 著者名/発表者名
      木村隼己、高倉 啓、坂原聖士、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      日本動物学会第85回大会
    • 発表場所
      仙台市、東北大学川内北キャンパス
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] マウス卵子及び初期胚におけるシトクロムcオキシダーゼ(Cox)mRNAの発現解析2014

    • 著者名/発表者名
      黒谷玲子、渡邉剛広、高倉 啓、坂原聖士、阿部宏之
    • 学会等名
      第32回日本受精着床学会学術講演会
    • 発表場所
      東京都、ハイアットリージェンシー東京
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-08-01
  • [学会発表] 多項目解析技術を駆使したウシ初期胚ミトコンドリア呼吸機能解析2014

    • 著者名/発表者名
      阿部宏之、島 麗香、今井祐未、高倉 啓、坂原聖士、黒谷玲子
    • 学会等名
      第32回日本受精着床学会学術講演会
    • 発表場所
      東京都、ハイアットリージェンシー東京
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-08-01
  • [学会発表] シトクロムcオキシダーゼ(Cox)mRNA発現解析による単一ブタ胚品質評価2014

    • 著者名/発表者名
      坂原聖士、渡邉剛広、坂上信忠、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      第32回日本受精着床学会学術講演会
    • 発表場所
      東京都、ハイアットリージェンシー東京
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-08-01
  • [学会発表] 蛍光プローブJC-10を用いたウシ初期胚におけるミトコンドリア膜電位活性の解析2014

    • 著者名/発表者名
      坂田昂弥、高倉 啓、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      日本動物学会平成26年度東北支部大会
    • 発表場所
      盛岡市、岩手大学復興祈念銀河ホール
    • 年月日
      2014-07-12 – 2014-07-13
  • [学会発表] ウシ胚発生過程における呼吸鎖複合体IV(Cox)遺伝子発現の解析2014

    • 著者名/発表者名
      小林義蔵、高倉 啓、坂原聖士、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      日本動物学会平成26年度東北支部大会
    • 発表場所
      盛岡市、岩手大学復興祈念銀河ホール
    • 年月日
      2014-07-12 – 2014-07-13
  • [学会発表] 純系マウス及び交雑マウスにおける胚発生の比較2014

    • 著者名/発表者名
      菅股眞美、木村隼己、坂原聖士、高倉 啓、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      日本動物学会平成26年度東北支部大会
    • 発表場所
      盛岡市、岩手大学復興祈念銀河ホール
    • 年月日
      2014-07-12 – 2014-07-13
  • [学会発表] 受精条件が胚の発生及びミトコンドリア呼吸機能に及ぼす影響の解析2014

    • 著者名/発表者名
      木村隼己、高橋布美奈、高倉 啓、坂原聖士、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      第55回日本卵子学会
    • 発表場所
      神戸市、神戸国際会議場
    • 年月日
      2014-05-17 – 2014-05-18
  • [学会発表] 単一ブタ胚におけるシトクロームcオキシダーゼ(Cox)mRNA検出システムの開発2014

    • 著者名/発表者名
      坂原聖士、坂上信忠、黒谷玲子、阿部宏之
    • 学会等名
      第55回日本卵子学会
    • 発表場所
      神戸市、神戸国際会議場
    • 年月日
      2014-05-17 – 2014-05-18
  • [学会発表] ドップラー光干渉断層画像化技術を応用した3次元卵胞イメージングシステムの開発2014

    • 著者名/発表者名
      高倉 啓、黒谷玲子、渡部裕輝、阿部宏之
    • 学会等名
      第55回日本卵子学会
    • 発表場所
      神戸市、神戸国際会議場
    • 年月日
      2014-05-17 – 2014-05-18
  • [備考] 山形大学理工学バイオ化学工学科「研究科 阿部研究室」

    • URL

      http://abe-labo.yz.yamagata-u.ac.jp/index.html

  • [備考] 山形大学研究者情報

    • URL

      http://yudb.kj.yamagata-u.ac.jp/html/100000176_ja.html

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公開日: 2016-06-01  

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