酸素濃度制御型マイクロセンサによる単一細胞のグルコース消費量解析

使用氧浓度控制微传感器进行单细胞葡萄糖消耗分析

• 批准号: 21655064
• 负责人: 安川 智之
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21655064/
• 关键词: マイクロセンサ; 電気化学顕微鏡; グルコース; 単一細胞計測; デュアル電極; 酵素サイクリング; マイクロセンサ; 電気化学顕微鏡; グルコース; 単一細胞計測; デュアル電極; 酵素サイクリング

本研究の目的は,近傍の酸素濃度を制御可能なマイクロ酵素センサを開発するとともに,そのセンサをプローブとして搭載した電気化学顕微鏡(SECM)による単一筋管細胞(C2C12)の拍動時におけるグルコース消費量計測にある.酸素選択的透過膜であるポリジメチルシロキサン(PDMS)を被覆したマイクロ電極にグルコース酸化酵素(GO_x)を修飾し,酸素濃度計測型のマイクログルコースセンサーを作製した.このセンサーのグルコース応答領域は,10μMから数mMレベルであり,細胞培養液中のグルコース(5-25mM)の計測が困難であった.そこで,マイクロ電極を金電極近傍に設置し,金電極によってGO_xの基質である酸素を水の電解反応を利用して供給した.すると,数十mMレベルの高濃度領域を計測できた.さらに,ポリイオンコンプレックス法を用いて酵素を電極表面に導入したところ,100mMの高濃度グルコースを計測できる可能性を示した.これまで,この濃度領域を希釈操作なしで計測した例はなく,極めて重要な手法の開発に至った.また,電極表面にGO_xとグルコース脱水素酵素(GDH)を同時に固定化した電極では,基質であるグルコースが酵素間レドックスサイクリングを起こし,サブμMレベルの高感度計測が可能であることを示した.これにより,1つの電極で6桁の濃度領域を計測可能なセンサーを開発した.単一筋管細胞にマイクロ電極を近接させ,細胞の拍動時時おける酸素消費を計測した.細胞に電圧パルスを印加した際の酸素還元電流を計測したところ,パルス印加に同期してノンファラディックなスパイク状の応答を与えた.パルス印加停止後の酸素還元電流は,印加前と比較して減少しており,細胞が拍動現象により酸素を消費することが明らかになった.また,細胞培養基板上に細胞の吸着を抑制する効果のあるポリエチレングリコールパターンを作製し,細胞のラインパターンを得ることができた.この細胞ラインを対象に,1個の筋管細胞の代謝活性評価を行った.

这项研究的目的是开发一个微酶传感器，该传感器可以控制附近的氧气浓度，并使用配备有传感器作为探针的电化学显微镜（SECM）在单个肌管细胞（C2C12）的节拍过程中测量单肌管细胞（C2C12）的葡萄糖消耗。在涂有氧气选择性通透性膜的聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微电极上修饰葡萄糖氧化酶（GO_X），以创建具有氧浓度测量类型的微糖糖传感器。实现了该传感器的葡萄糖反应。该面积的水平为10μm至几毫米，因此在细胞培养基中很难测量葡萄糖（5-25 mm）。因此，将微电极放置在金电极附近，使用水的电解反应喂食GO_X的氧气。这允许测量高浓度区域在几十mm处。此外，当使用Polyion复合方法将酶引入电极表面时，可以测量100 mm的高浓度。到目前为止，该浓度区域被稀释。没有工作没有进行测量的示例，并且开发了一种极为重要的方法。此外，在具有GO_X和葡萄糖脱氢酶（GDH）的电极中，同时固定在电极表面上时，底物葡萄糖会导致酶之间的氧化还原循环，从而可以在亚μm水平下进行高灵敏度测量。这开发了一个传感器，该传感器可以用一个电极测量六位数浓度区域。将微电极与单个肌管细胞密切接近，并测量细胞搏动过程中的氧气消耗。电压脉冲应用于电池。当应用时测量氧还原电流时，与脉冲施加同步时给出了非法拉德尖峰样响应。与施用前相比，脉搏施加后的氧气还原电流减少了，并且发现细胞由于脉动现象而消耗的氧气。此外，在细胞培养基板上产生了具有抑制细胞吸附作用的聚乙烯乙二醇模式，并获得了细胞的线模式。评估了该细胞系的单个肌管细胞的代谢活性。