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

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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。