Basic research on living displays that show biological information through genetic modification of the skin

通过皮肤基因改造来显示生物信息的活体显示器的基础研究

基本信息

批准号：
22H00284
负责人：
藤田博之
金额：
$ 27.29万
依托单位：
Tokyo City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00284/
关键词：
生体センサウェアラブルセンシング遺伝子改変表皮幹細胞

项目摘要

本研究の目的は、各人が体内の情報を継続的に把握し、体調不良の予兆を早期に捉えて対応可能にするため、健康管理に必要な体内情報のセンシングと表示を、遺伝子改変した細胞で行うリビングディスプレイの基礎技術の確立である。センシング結果を生体表面から読み出せる皮膚に着目し、遺伝子改変した表皮の幹細胞を移植することで、永続的なモニタリング部位を形成する。モニタリング部位の細胞は、生体情報の変化に応じて蛍光分子などを生じ、それをウエアラブルデバイスで光学的に検知する。今年度の成果は下記の通り。１．皮膚ディスプレイのバイオ技術上記構想の概念実証を目指して、初期炎症反応であるNF-kBシグナル経路に介入し、蛍光タンパク質を発現するよう表皮幹細胞の遺伝子を改変する方法を確立した。この細胞から構築した三次元人工皮膚による皮膚ディスプレイのモデルを用い、遺伝子改変した表皮幹細胞が天然表皮幹細胞と同様に適切に分裂、分化し、正常な皮膚構造を形成すること、およびバイオマーカーに反応して生ずる光学的信号が検出可能なことを確認した。さらに、遺伝子改変表皮幹細胞から作成した三次元人工皮膚を免疫不全マウスに移植し、皮膚幹細胞リビングディスプレイが生体内において機能することを確認した。さらに酸化ストレスや低酸素ストレスなど、初期炎症反応以外の生体反応に対する検出系の多様化についても検討した。２．皮膚ディスプレイ読出し技術皮膚ディスプレイの信号を計測する無線センサノードを試作した。センサノードは、LED励起光源と検出用フォトダイオードからなる蛍光測定部と、測定データの無線転送部から構成され、皮膚へ貼り付けできるため薄型のフレキシブル基板上に実装した。マウスに移植した皮膚ディスプレイからの光信号を、麻酔下で読み出せることを確認した。また画像から信号を得る方法を検討した。

这项研究的目的是使用转基因的细胞建立基本的生活展示技术，以感知和显示健康管理所需的内部信息，以使每个人不断地掌握其体内信息，并使他们能够快速捕获和应对健康状况不佳的迹象。重点放在可以读取来自生物表面的传感的皮肤上，植入了基因修饰的表皮干细胞以形成永久监测位点。监测位点的细胞会产生荧光分子等，以应对生物信息的变化，并通过可穿戴设备光学检测。今年的结果如下：1。皮肤显示生物技术，以旨在以上概念的概念证明，我们建立了一种介入NF-KB信号通路，早期炎症反应，并修改表皮干细胞基因以表达荧光蛋白的方法。使用这些细胞构建的三维人造皮肤的皮肤显示模型，我们证实了遗传改性的表皮干细胞分裂并适当区分，类似于天然表皮干细胞，并且可以检测到响应生物标记物的光学信号。此外，将由转基因表皮干细胞产生的三维人造皮肤植入免疫缺陷小鼠中，并确认皮肤干细胞活体显示器在体内发挥作用。此外，我们还研究了除初始炎症反应（例如氧化应激和缺氧应激）以外的生物反应的检测系统的多元化。 2。皮肤显示技术已经创建了无线传感器节点来测量皮肤显示器的信号。传感器节点由一个由LED激发光源和用于检测的光电二极管组成的荧光测量部分，以及用于测量数据的无线传输部分，并安装在薄柔性板上以允许皮肤附着。已经证实，可以在麻醉下读出植入在小鼠中的皮肤显示的光信号。还研究了一种从图像获得信号的方法。