センシング用生体分子のナノレベル整列化技術の開発

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25870310
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 飯嶋 益巳 名古屋大学, 生命農学研究科, 特任助教 (40390728)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: バイオナノカプセル / バイオセンサー / バイオセンシング / 分子整列化 / ナノバイオ

研究概要

研究代表者は現在までに、IgG-Fc領域を特異的に表面に固定化出来るバイオナノカプセル(ZZ-BNC)を開発し、抗体分子のクラスター化と整列化、更に固相上に整列化された抗体を検出する能力を有することを見出してきた。そして、ZZ-BNCを用いて、各種イムノアッセイやイムノセンサーを高機能化すると共に、抗体分子の整列化度合いを評価するプローブを開発した。そこで本研究は、同技術を抗体以外のセンシング分子にも応用し、バイオセンサー全般の飛躍的な機能向上を目的とした。H25年度は、まず、Protein GおよびProtein L由来の各IgG結合ドメインを、ZZ-BNCのZZドメインと置換したBNC(LG-BNC, LL-BNC)を作製し、水晶発振子微量天秤法(QCM)を用いて、ZZ-BNCでは結合力が弱いあるいは結合しない抗体(Mouse IgG1, Rat IgG, Human IgG3)と結合能を有することを見出したことから、より広範なイムノアッセイおよびイムノセンサーの高感度化、高機能化の可能性を示した。
次に、抗体以外のセンシング分子(レセプター(EGFR、レプチンR、プロラクチンR、TNFaR))については、QCMのセンサーチップ金基板上にZZ-BNCを固定化した後に、ヒト由来IgG-Fc融合各レセプターを固定化することで、対応する各分子(リガンド(EGF、レプチン、プロラクチン、TNFa))の検出感度、リガンド結合能が著しく上昇することを見出した。以上から、ZZ-BNCを用いた抗体以外の様々なセンシング分子整列化技術の開発に成功し、より広範なバイオセンサーの高感度化、高機能化を達成した。なお、これらの成果は、原著論文、学会、ホームページ等での発表、さらに特許申請を行い、社会・国民に向けて積極的に情報発信を行ったことから、本研究の意義、重要性は非常に高いと考えられる。

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

ZZ-BNCを用いて抗体以外のセンシング分子整列化技術を開発し、バイオセンサー全般の飛躍的な機能向上を目的とした。H25年度は、Protein GおよびProtein L由来の各IgG結合ドメインを、ZZ-BNCのZZドメインと置換したBNC(LG-BNC, LL-BNC)を作製してZZ-BNCとの優位性を見出し、より広範なイムノアッセイおよびイムノセンサーの高感度化、高機能化の可能性を示した。また、ZZ-BNCを用いて、抗体以外のセンシング分子整列化技術を開発し、より広範なバイオセンサーの高感度化、高機能化を達成した。現在までの成果は、原著論文や学会において積極的に発表を行い、さらに1件の特許申請を行ったことから、当初の計画通り、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

平成25年度に得られた結果を基盤技術として、Fcと融合できないタンパク質(糖鎖、ペプチド、DNAアプタマーなど)について、化学修飾などによりFc結合タンパク質を作製し、BNCによる生体分子整列化技術を開発することで、更に広範なバイオセンサーの高機能化を目指す。さらに、BNCを用いた新規脂質平面分子膜を作製し、センシング用生体分子のナノレベ整列化技術の開発を行うことで、バイオセンサーのマイクロチップ化、検出法の多様化、およびチャネル、レセプター等の配向性を揃えた新次元のバイオセンサーの開発を目指す。なお、これらの研究により得られた成果は、原著論文、学会、ホームページ等で幅広く発表する予定である。

次年度の研究費の使用計画

H25年度に実施した研究において、BNCを用いた各種バイオアッセイの高感度化、高特異性化が可能となったことで、当初の使用計画で計上した物品費（消耗品費）の、特に抗体およびタンパク質試薬類の過剰な使用を削減できた。そこで本研究費は、次年度の研究計画に必要な物品費、特に使用頻度が増えることが予想されるバイオセンサー関連の消耗品費に使用することとしたため、次年度使用額が生じた。
H25年度と同様に、主に物品費（消耗品費）、旅費（学会発表（国内、国外））、その他（論文投稿費、印刷費）について使用する。なお、物品費（消耗品費）は、一般試薬、ガラスおよび使い捨て器具、抗体試薬、タンパク質試薬、センサーチップや金基板などを主として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] High-throughput de novo screening of receptor agonists with an automated single-cell analysis and isolation system. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto, N., Tatematsu, K., Iijima, M., Niimi, T., Maturana, A.D., Fujii, I., Kondo, A., Tanizawa, K., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 4242
  • DOI: 10.1038/srep04242
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oligomerization-induced conformational change in the C-terminal region of Nel-like molecule 1 (NELL1) protein is necessary for the efficient mediation of murine MC3T3-E1 cell adhesion and spreading. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Y., Hasebe, A., Takahashi, K., Iijima, M., Yoshimoto, N., Maturana, A.D., Ting, K., Kuroda, S., Niimi, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 9781-9794
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.507020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell surface-fluorescence immunosorbent assay for real-time detection of hybridomas with efficient antibody secretion at the single-cell level. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kida, A., Iijima, M., Niimi, T., Matsurana, A.D., Yoshimoto, N., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 85 ページ: 1753-1759
  • DOI: 10.1021/ac303067k
  • 査読あり
• [雑誌論文] An automated system for high-throughput single cell-based breeding. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto, N., Kida, A., Jie, X., Kurokawa, M., Iijima, M., Niimi, T., Maturana, A.D., Nikaido, I., Ueda, H.R., Tatematsu, K., Tanizawa, K., Kondo, A., Fujii, I., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 3 ページ: 1191
  • DOI: 10.1038/srep01191
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanocapsule-based probe for evaluating the orientation of antibodies immobilized on a solid phase. (2013)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Yoshimoto, N., Niimi, T., Maturana, A.D., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Analyst 巻: 138 ページ: 3470-3477
  • DOI: 10.1039/c3an00481c
  • 査読あり
• [雑誌論文] A bio-nanocapsule containing envelope (E) protein domain III of Japanese encephalitis virus (JEV) protects mice against lethal JEV infection. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyata, T., Tafuku, S., Harakuni, T., Tadano, M., Yoshimoto, N., Iijima, M., Matsuo, H., Kuroda, S., Arakawa, T.
  • 雑誌名: Microbiol. Immunol. 巻: 57 ページ: 470-477
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bio-nanocapsules for signal enhancement of alkaline phosphatase-linked immunosorbent assays. (2013)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Yamamoto, M., Yoshimoto, N., Niimi, T., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Biosci. Biotech. Biochem. 巻: 77 ページ: 843-846
  • DOI: 10.1271/bbb.120760
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオナノカプセルを用いるイムノセンシング分子整列化技術 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯嶋 益巳、黒田 俊一
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 71 ページ: 314-317
  • 査読あり
• [学会発表] Enhancement of mass-detection sensitivity in wireless-electrodeless QCM biosensors by bio-nanocapsules. (2014)
  • 著者名/発表者名: Noi, K., Ogi, H., Iijima, M., Kuroda, S., Hirao, M.
  • 学会等名: Biosensors2014
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20140527-20140530
• [学会発表] Bio-nanocapsule scaffold for oriented immobilization and clustering of sensing molecules on biosensor surfaces. (2014)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Kuroda S.
  • 学会等名: Biosensors2014
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20140527-20140530
• [学会発表] ナノニードルアレイを用いた細胞分離における細胞アレイの接着力制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮崎みなみ、川村隆三、サトゥルリラマチャンドラ ラオ、小林 健、飯嶋益巳、黒田俊一、岩田 太、中村 史
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会(2014)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] バイオナノカプセルを用いたセンシング分子整列化技術の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯嶋益巳、黒田俊一
  • 学会等名: 名古屋大学 予防早期医療創成センター 第4回ワークショップ
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20140129-20140129
• [学会発表] バイオナノカプセルを用いた無線QCMの高感度化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野井健太郎、飯嶋益巳、黒田俊一、荻博次、平尾雅彦
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] Mechanical cell sorting using antibody-immobilized nanoneedle array (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, M., Kawamura, R., Rao, S.R., Kobayashi, T., Iijima, M., Kuroda, S., Iwata, F., Nakamura, C.
  • 学会等名: Biosensors2014
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-31
• [学会発表] センシング分子ナノレベル整列化技術を用いた高機能バイオセンサーの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯嶋 益巳
  • 学会等名: BioJapan2013 World Business Fourum、2013年度バイオインダストリー協会賞、発酵と代謝研究奨励賞、生物素材研究開発奨励賞合同発表会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20131009-20131011
  • 招待講演
• [学会発表] 抗体修飾ナノニードルによる細胞の釣り上げ分離 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮崎みなみ、川村隆三、サトゥルリラマチャンドラ ラオ、小林 健、飯嶋益巳、黒田俊一、深澤今日子、石原一彦、岩田 太、中村 史
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130927-20130929
• [学会発表] 細胞の機械的分離に向けたナノニードルの抗体修飾と細胞培養基板の接着制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川村隆三、宮崎みなみ、サトゥルリラマチャンドラ ラオ、小林 健、飯嶋益巳、黒田俊一、深澤今日子、石原一彦、岩田 太、中村 史
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130927-20130929
• [学会発表] バイオセンサー表面でセンシング分子を精密整列化するバイオナノカプセル (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯嶋益巳、黒田俊一
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130927-20130929
• [学会発表] バイオナノカプセル技術による豚回虫感染防御抗原As16の抗体産生増強効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松本安喜、Nguyen Thi Nga、Nguyen Thanh Lam、三好猛晴、飯嶋益巳、黒田俊一、辻 尚利
  • 学会等名: 第156回日本獣医学会学術集会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20130920-20130922
• [学会発表] 抗体修飾ナノニードルを用いた細胞の機械的分離 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮崎みなみ、清水桂太、川村隆三、サトゥルリラマチャンドラ ラオ、小林 健、飯嶋益巳、黒田俊一、深澤今日子、石原一彦、岩田 太、中村 史
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 20130918-20130920
• [学会発表] In vivo active delivery of antigens with dendritic cell-targeting Bio-nanocapsules (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuo, H., Tomioka, M., Yoshimoto, N., Iijima, M., Kuroda S.
  • 学会等名: Vaccine Delivery and Stabilization: Improving the Reach of Vaccines
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20130908-20130910
• [学会発表] Bio-nanocapsules for optimizing nanostructure of biosensor surface. (2013)
  • 著者名/発表者名: Iijima, M., Kuroda, S.
  • 学会等名: 3rd International Conference on Bio-Sensing Technology
  • 発表場所: Sitges, Spain
  • 年月日: 20130515-20130518
• [備考] BNCのバイオセンサー、イムノアッセイへの応用研究
  • URL: http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~tagen/tagen/home.html.html
• [産業財産権] センシング基板及びそれを用いたリガンドの測定方法 (2014)
  • 発明者名: 黒田俊一、飯嶋益巳
  • 権利者名: 黒田俊一、飯嶋益巳
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-064090
  • 出願年月日: 2014-03-26