Dynamic femtoliter reactor technology for next generation digital bioassays

用于下一代数字生物测定的动态飞升反应器技术

• 批准号: 19H05624
• 负责人: 野地 博行
• 金额: $ 115.48万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-26 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H05624/
• 关键词: デジタルバイオアッセイ; 動的フェムトリアクタ; 1分子計測; デジタルバイオ分析; フェムトリアクタ; ナノバイオ; インフルエンザ

本プロジェクトは、これまでの「静的」なリアクタ技術 から「動的」なリアクタ技術へと基盤技術を一新することを目的としている。研究項目の柱は、項目1「動的fLリアクタデバイスの基盤技術開発」、項目2「on- chip統合型デジタルバイオ分析法の確立」、項目3「分子個性の多次元解析と個性発現メカニズムの解明」である。項目1ではPEG/DEX相分離とfLリアクタを融合させタンパク質やDNA濃縮システムを構築した。またfLリアクタからドロプレット回収技術としてIRレーザーを用いてドロップレットが個別回収できることを見出した。またPEG修飾したリアクタデバイスから指でタッピングするだけでドロップレット(0.5-5.0μm)を一括回収できることを見出した。このドロップレットを鋳型とした均一系リポソームを作成することにも成功した。項目2では、ナノ粒子を用いた手法及びsplit型 酵素を用いた手法を検討している。特に2019年度に開発したナノ粒子計測技術を発展させ、異なるナノ粒子を用いたmultiplex型のdigital ELISA法を確立した。この方法はある共同研究先である民間企業へ引き継がれている。また当初計画になかった新型コロナウイルスの超高感度検出系の開発に取り組んでいる。項目3では、ウイルスの「個性」を触媒活性のばらつきの計測に取り組んだ。特に、インフルエンザウイルスの酵素活性、阻害剤に対する耐性を粒子ごとに計測することに成功し、kcatおよび50%阻害濃度(IC50)が粒子毎に30%程度以上異なることを見出した。 また2種類の阻害剤に対するIC50に相関がなかったことから粒子の酵素機構は異なることが示唆された。

该项目旨在将基本技术从以前的“静态”反应堆技术完全改善为“动态”反应堆技术。研究项目的支柱是：项目1：“开发动态FL反应器设备的基本技术”，项目2：“建立芯片综合数字生物分析方法”，第3项：“分子个性的多维分析，并阐明个性表达机制。”在项目1中，蛋白质和DNA富集系统是通过PEG/DEX相分离和FL反应器的融合来构建的。还发现，可以使用IR激光作为液滴恢复技术从FL反应器中单独收集液滴。我们还发现，可以通过简单地用PEG修饰的反应器设备轻按手指来一次收集液滴（0.5-5.0μm）。它也成功地使用此液滴作为模板来创建均匀的脂质体。第2项使用纳米颗粒和方法使用分型酶检查方法。特别是，我们开发了2019年开发的纳米颗粒测量技术，并使用不同的纳米颗粒建立了多重型数字ELISA方法。该方法已传递给一家联合研究目的地的私人公司。他们还致力于为新的冠状病毒开发超高敏感的检测系统，该检测系统最初不是计划的。在项目3中，我们通过指代病毒的“人格”来测量病毒催化活性的变化。特别是，我们成功地测量了每个粒子的流感病毒抑制剂的酶活性和抗性，并发现每个粒子的KCAT和50％的抑制浓度（IC50）差异或超过30％。此外，两个抑制剂IC50之间没有相关性，这表明颗粒的酶机制有所不同。

项目成果

Accurate high-throughput screening based on digital protein synthesis in a massively parallel femtoliter droplet array

• DOI: 10.1126/sciadv.aav8185
• 发表时间: 2019-08
• 期刊: Science Advances
• 影响因子: 13.6
• 作者: Yi Zhang;Yoshihiro Minagawa;H. Kizoe;K. Miyazaki;R. Iino;H. Ueno;K. Tabata;Y. Shimane;H. Noji

Multiphase droplet formed by liquid-liquid phase separation

液-液相分离形成的多相液滴

• 发表时间: 2020
• 作者: 友原 貫志

Development of a split enzyme for wash-free digital bioassay

开发用于免洗数字生物测定的裂解酶

• 发表时间: 2020
• 作者: 馬 彦博

Multidimensional Digital Bioassay Platform Based on an Air-Sealed Femtoliter Reactor Array Device

• DOI: 10.1021/acs.analchem.0c05360
• 发表时间: 2021-03-12
• 期刊: ANALYTICAL CHEMISTRY
• 影响因子: 7.4
• 作者: Honda, Shingo;Minagawa, Yoshihiro;Tabata, Kazuhito, V
• 通讯作者: Tabata, Kazuhito, V

人工細胞リアクタで「はかる」「つくる」「ふやす」

使用人造细胞反应器“测量”、“创造”和“生长”。

• 发表时间: 2019
• 作者: Yamae Taiki;Takeuchi Naoki;Yoshikawa Nobuyuki;野地博行
• 通讯作者: 野地博行