Next Generation Implantable Nanosensor Technology for Monitoring Single Cell Metabolites

活性酸素種、グルコース、一酸化炭素、亜酸化窒素などの細胞内代謝物は、細胞活性化において重要な役割を果たすことが知られており、現在、変態に伴う新たなウイルスの挙動を解析し明確にするためには、単細胞代謝物の観察が必要である。さらに、創薬および開発においては、 ある時間にわたって単一細胞をモニターすることは、細胞に対する薬剤の効果を調べるためには重要な因子であるが、現在、単一細胞ナノバイオセンサー、特にグルコースまたは他の細胞代謝産物に利用可能な工業技術はない。さらには疼痛のないマイクロ/ナノ針は、過去20 年間にわたり皮膚抽出間質液、ワクチンおよび薬物送達に広く使用されてきたが、センサとしての可能性はほとんど未解明のままである。そこで本研究では、単細胞中のグルコース等の細胞代謝物を検出するための単一マイクロニードル型単細胞ナノバイオセンサーの開発を目標として研究を遂行し、以下の知見を得た。1.新しい高精度マイクロニードルマスキング技術の開発に成功し、マイクロニードルpHセンサーの製造においてその効率性を検証した。2.ナノシートラッピング法により、細胞を効率的に捕捉し、ニードルセンサの穿刺を可能とした。3.マイクロニードルセンサの大量生産化のために、マイクロニードル製造ジグを企業と共同で開発した。4.市販のpH溶液、魚卵、生体細胞、動物モデルを用いた一連のpH実験を実施し、センサの有効性、感度、応答性を確認し、市販のセンサ以上の効果を確認した。上記のプロジェクトの遂行により、マイクロニードルの代わりにpHセンサーナノシートとすることで、体内の脱水状態を測定する電子皮膚として機能することを確認したことからも広範囲の医学的に重要な分子を測定するのに役立ち、研究の広がりを確認した。

活性酸素種、グルコース、一酸化炭素、亜酸化窒素などの細胞内代謝物は、細胞活性化において重要な役割を果たすことが知られており、現在、変態に伴う新たなウイルスの挙動を解析し明確にするためには、単細胞代謝物の観察が必要である。さらに、創薬および開発においては、 ある時間にわたって単一細胞をモニターすることは、細胞に対する薬剤の効果を調べるためには重要な因子であるが、現在、単一細胞ナノバイオセンサー、特にグルコースまたは他の細胞代謝産物に利用可能な工業技術はない。さらには疼痛のないマイクロ/ナノ針は、過去20 年間にわたり皮膚抽出間質液、ワクチンおよび薬物送達に広く使用されてきたが、センサとしての可能性はほとんど未解明のままである。そこで本研究では、単細胞中のグルコース等の細胞代謝物を検出するための単一マイクロニードル型単細胞ナノバイオセンサーの開発を目標として研究を遂行し、以下の知見を得た。1.新しい高精度マイクロニードルマスキング技術の開発に成功し、マイクロニードルpHセンサーの製造においてその効率性を検証した。2.ナノシートラッピング法により、細胞を効率的に捕捉し、ニードルセンサの穿刺を可能とした。3.マイクロニードルセンサの大量生産化のために、マイクロニードル製造ジグを企業と共同で開発した。4.市販のpH溶液、魚卵、生体細胞、動物モデルを用いた一連のpH実験を実施し、センサの有効性、感度、応答性を確認し、市販のセンサ以上の効果を確認した。上記のプロジェクトの遂行により、マイクロニードルの代わりにpHセンサーナノシートとすることで、体内の脱水状態を測定する電子皮膚として機能することを確認したことからも広範囲の医学的に重要な分子を測定するのに役立ち、研究の広がりを確認した。