高度生殖医療技術の標準化を実現する半導体チップ型自動細胞診断システムの開発

开发基于半导体芯片的自动细胞诊断系统，实现先进生殖医学技术的标准化

基本信息

批准号：
22H03970
负责人：
阿部宏之
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

精度の高い細胞呼吸測定法は、細胞の代謝機能解析や品質評価、ミトコンドリアに関連した疾患の診断に有効な技術となる。本研究では、(1)電気化学計測、(2)半導体チップ、(3)高精度ミトコンドリア機能解析をキーテクノロジーとする医療対応型完全自動細胞品質診断システムの開発を目的とする。本年度（2022年度）は、自動呼吸測定に対応した半導体チップ型呼吸測定デバイスと、動物由来成分を含まず高感度呼吸測定に影響を与えない医療対応型呼吸測定液を開発するために、以下の実験を行った。（1）半導体チップ型細胞呼吸測定システムの開発：単一の卵子及び受精卵の酸素消費量を安定的・高感度で測定できるチップ型呼吸測定デバイスを設計・試作した。具体的には、従来の多検体呼吸測定プレートをベースに、複数試料の同時測定を可能とする電極埋込型測定デバイスの雛形を製作した。また、電気化学計測は測定液の影響を受けることから、作用電極を汚染せず、超微弱（pAレベル）電流の検出にも影響しない計測液を開発するために受精卵培養用培地の組成を検討した結果、安定した呼吸計測が可能である候補培地を特定できた。（2）高精度ミトコンドリア呼吸機能解析技術の開発：単一細胞由来の極微量試料を用いた高精度ミトコンドリア呼吸機能解析技術を開発するために、卵子及び培養細胞におけるミトコンドリア膜電位と活性型ミトコンドリアの分布を非侵襲的に解析した。その結果、高感度のルシフェリン・ルシフェラーゼ反応と高精度ルミノメーターを用いた単一卵子及び胚のATP含量の定量化に成功するとともに、酵素複合体チトクロームc酸化酵素(COX)のmRNAを1細胞単位で定量できる解析システムを構築することができた。

高精度细胞呼吸测量是分析细胞代谢功能、评估质量和诊断线粒体相关疾病的有效技术。本研究的目的是开发一种医学兼容的全自动细胞质量诊断系统，以（1）电化学测量、（2）半导体芯片和（3）高精度线粒体功能分析为关键技术。今年（2022财年），我们将开发兼容自动呼吸测量的半导体芯片式呼吸测量装置，以及不含动物源性成分且不会影响高灵敏度呼吸测量的医疗兼容呼吸测量解决方案。（1）半导体芯片式细胞呼吸测量系统的开发：我们设计并原型了一种芯片式呼吸测量装置，可以稳定、灵敏地测量单个卵或受精卵的耗氧量。具体来说，我们创建了一个嵌入式电极测量设备的原型，该设备能够基于传统的多样本呼吸测量板同时测量多个样本。另外，由于电化学测量受到测量溶液的影响，因此对受精卵培养基的成分进行了研究，以期开发出不污染工作电极、不影响超弱（pA）检测的测量溶液。作为我们调查的结果，我们能够确定一种能够实现稳定呼吸测量的候选介质。（2）高精度线粒体呼吸功能分析技术的开发：为了开发利用来自单细胞的极小样本的高精度线粒体呼吸功能分析技术，我们研究了卵子和培养细胞中的线粒体膜电位和活性线粒体对分布进行非侵入性分析。结果，我们使用高灵敏度的荧光素-荧光素酶反应和高精度光度计成功定量了单个卵母细胞和胚胎的 ATP 含量，并且还定量了细胞上酶复合物细胞色素 C 氧化酶 (COX) 的 mRNA我们能够构建一个可以量化结果的分析系统。