2020 Fiscal Year Annual Research Report
高度生殖医療技術の標準化を実現する医療対応型全自動細胞診断システムの開発
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19H04481
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
阿部 宏之 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10375199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒谷 玲子 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (00453043)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオ関連機器 / 医療・福祉 / 超精密計測 / 先端機能デバイス / ミトコンドリア / 細胞呼吸 / 生殖医療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
不妊治療成績の向上には、精度の高い生殖細胞品質診断システムの開発が不可欠である。本研究では、(1)電気化学計測技術、(2)超精密自動位置決め技術、(3)高精度ミトコンドリア機能解析技術を応用した医療対応型全自動細胞品質診断システムを開発するために、以下の研究を行った。
（1）超高感度マイクロ電極と単一細胞呼吸測定技術の開発：単一の卵子及び培養細胞の酸素消費量を安定的・高制度で測定できる高感度マイクロ電極の開発を試みた。昨年度までに開発した高精度マイクロ電極（先端径2 μm、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）を用いて単一の卵子及び培養細胞の呼吸を測定した。その結果、単一のマウス及びウシの卵子の呼吸を高精度・非侵襲的に測定できるとともに、卵子と比べてサイズが非常に小さい単一培養細胞の呼吸による酸素還元電位変化を検出することができた。
（2）医療対応型呼吸測定液の開発：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の組成を検討した。その結果、安定した呼吸計測が可能である受精卵用培養液を特定することができた。また、医療応用を念頭に動物由来成分の代わりに合成ポリマーを含む測定液の製作を行った。
（3）高精度ミトコンドリア呼吸機能解析技術の開発：単一細胞由来の極微量試料を用いた高精度ミトコンドリア呼吸機能解析技術を検討した。卵子及び培養細胞におけるミトコンドリアの膜電位測定とミトコンドリアの局在を非侵襲的に解析した結果、ミトコンドリア内膜に存在する酵素複合体チトクロームc酸化酵素（COX）の遺伝子発現を1細胞レベルで定量・解析することができた。また、呼吸測定した卵子及び培養細胞においてミトコンドリア膜電位の検出に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目標としていた単一細胞の呼吸量測定技術と呼吸測定に不可欠な高精度細胞呼吸測定技術を確立することができた。また、これまでに開発した精密自動化ステージへの適用が可能であることがわかった。さらに、単一細胞由来の微量試料を用いた細胞呼吸機能解析の基盤技術であるミトコンドリア膜電位活性とATP定量法及びミトコンドリアDNAコピー数定量に加えて、酵素複合体チトクロームc酸化酵素（COX）の遺伝子発現技術を確立することができ、ミトコンドリア呼吸機能の多項目解析の目処が立った。以上のことから、当初の計画通りに研究が進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の達成目標である高精度細胞呼吸機能解析技術と自動化測定システムを融合した細胞呼吸測定システムを開発するために、以下の研究を重点的に進める。
（1）高感度マイクロ電極と非侵襲呼吸測定液を用いた単一の卵子及び培養細胞の呼吸測定と有効性を検証するとともに、自動化呼吸測定システムとの融合を検討する。
（2）自動化呼吸測定システムにおいて、自動化ステージを制御するための制御システムを開発し、卵子及び培養細胞の呼吸測定により性能評価を行う。
（3）単一の卵子及び受精卵由来の微量試料を用いた多項目ミトコンドリア呼吸解析技術を完成させる。
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