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。

该项目旨在将基础技术从传统的“静态”反应堆技术更新为“动态”反应堆技术。主要研究项目为项目一：“动态FL反应器装置基础技术开发”、项目二：片上集成数字生物分析方法的建立、项目三：“分子个性多维分析及个性发展”表达机制”。在第1项中，我们通过融合PEG/DEX相分离和fL反应器构建了蛋白质和DNA浓缩系统。我们还发现，可以使用红外激光作为液滴收集技术从 fL 反应器中收集单个液滴。我们还发现，只需用手指轻敲即可从 PEG 修饰的反应器装置中大量收集液滴（0.5-5.0 μm）。他们还成功地使用这些液滴作为模板创建了均质脂质体。第 2 项考虑使用纳米颗粒和裂解酶的方法。特别是，我们开发了2019年开发的纳米颗粒测量技术，并建立了使用不同纳米颗粒的多重数字ELISA方法。这个方法已经传给了我们合作的一家私人公司。我们还在致力于开发针对新冠病毒的超灵敏检测系统，这原本是没有计划的。在第3项中，我们试图通过测量催化活性的变化来测量病毒的“个体性”。特别是，我们成功测量了每个颗粒的流感病毒酶活性和抑制剂抗性，发现每个颗粒的 kcat 和 50% 抑制浓度 (IC50) 相差约 30% 或更多。 此外，两种抑制剂的 IC50 之间没有相关性，表明颗粒的酶促机制不同。

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