血中マラリア原虫感染細胞を同定する赤血球アレイのためのマイクロ流体デバイスの作製

制造用于红细胞阵列的微流体装置以识别血液中疟疾寄生虫感染的细胞

• 批准号: 11J10516
• 负责人: 手島 哲彦
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J10516/
• 关键词: 寄生虫; 接着性細胞; 単一細胞解析; 多角度顕微鏡観察; MEMS; 細胞外マトリックス; 共焦点顕微鏡; トキソプラズマ原虫; 細胞内感染; マイクロ加工デバイス; 膜タンパク質; 細胞接着性タンパク質

最終年度である本年度は、偏性細胞内寄生体である原虫細胞を用い, 宿主細胞内への過程を観察するマイクロ加工デバイスを二種類、作製した。用いた原虫はトキソプラズマ原虫と呼ばれる寄生性細胞であり、培養が非常に困難なマラリア原虫と同じ類に属することから、細胞内外で発現されるタンパク質と類似性が高く、マラリア原虫の感染モデルとして研究が行われている。原虫は感染性微生物であり、特別な実験培養設備が必要であるため、東京慈恵会医科大学熱帯医学講座研究室における研究設備の使用を申し出、許諾されている。宿主細胞を生体適合性の高いポリマーであるポリパラキシレン(Parylene)を微細加工技術を用いて、ナノサイズの厚みとマイクロサイズの幅を持つ構造体を作製し、細胞接着性タンパク質をパターニングした。宿主細胞にはヒト由来繊維芽細胞であるHFF細胞を用い、マイクロ構造体の平面上においてパターニングできるか否かを試みた。また磁場応答性の金属を蒸着してパターニングすることにより, 外部磁場を与えることで遠隔的に細胞の位置や向きなどの制御とハンドリングが可能なデバイスに加工した。形状として二種類あり、一つは単一細胞をハンドリングする直径50μm以下のマイクロプレートと多細胞をハンドリング可能なマイクロディスクである。これにより原虫が宿主細胞内へ侵入し、感染する現象を顕微鏡下で観察でき、かつ単一細胞レベルでも多細胞レベルでも両方ハンドリングできるデバイスを作製した。本研究の成果により、これまで不可能であったマイクロサイズの非常に小さな微生物の宿主細胞への侵入過程の詳細な映像と侵入中に宿主細胞の細胞骨格と相互作用を行うことを示す共焦点顕微鏡画像を取得に成功した。本研究の成果は、これまで細胞内に溶け込み血中内抗体などの攻撃を回避する性質をもつことで困難であった細胞内寄生性微生物の観察に秀でており、今回用いたトキソプラズマ原虫にとどまらず、マラリア原虫やバベシア原虫などの他の寄生虫、また赤痢菌などの細菌類の細胞内寄生メカニズムの解析にも応用が可能である。また研究のための実験系の確立だけでなく、さらなる光学系の付加により感染診断キットへの応用の基礎となることが期待される。

今年，最后一年，我们创建了两种类型的微处理学设备，这些设备使用原生动物细胞，它们是强制性细胞内寄生虫，以观察到宿主细胞中的过程。使用的原生动物是一个称为弓形虫原生动物的寄生细胞，属于与疟疾寄生虫相同的类别，它极难培养，因此它与在细胞内部和外部表达的蛋白质具有很高的相似性，并且正在作为玛拉丽亚寄生虫的感染模型研究。原生动物是传染性的微生物，需要特殊的实验文化设备，因此他们已授予并允许在东京吉基大学热带医学实验室使用研究设备。使用微生物技术制成宿主细胞，以使用高度生物相容性聚合物创建具有纳米尺寸厚度和微型宽度的结构，并对细胞粘附蛋白进行图案化。宿主细胞是HFF细胞，它们是人类衍生的成纤维细胞，并试图确定它们是否可以在微观结构的平面上图案。此外，通过沉积和模仿磁场响应金属，应用了外部磁场，将其处理到可以远程控制和处理细胞位置和方向的设备中。有两种类型的形状：一种是直径为50μm或以下的微孔板，可处理单个细胞，而可以处理多个细胞的微电池。这创建了一种设备，该设备允许入侵宿主细胞并在显微镜下感染原生动物的现象，并且可以在单细胞和多细胞水平上处理。这项研究的结果成功地获取了微型微生物的入侵过程的详细图像，这些微生物以前是不可能的，共聚焦显微镜图像显示了与侵入期间与宿主细胞细胞骨架相互作用的相互作用。 The results of this study are excellent at observing intracellular parasitic microorganisms, which have been difficult because they have the property of soluble in cells and avoiding attacks such as intracellular antibodies, and can be applied not only to the toxoplasma parasites used this time, but also to analyze the mechanism of intracellular parasites such as malaria parasites and Babesia parasites, as well as bacteria such as志贺氏菌。还可以预期，它不仅会建立一个用于研究的实验系统，而且还将是通过添加其他光学系统应用其应用感染诊断套件的基础。

项目成果

第27回化学とマイクロ・ナノシステム研究会ポスター賞受賞者多角度共焦点観察のための磁場による単一接着細胞ハンドリング技術の構築

第27届化学与微纳系统研究组海报奖获得者利用磁场进行多角度共焦观察的单粘附细胞处理技术的构建

• 发表时间: 2013
• 期刊: 一般社団法人化学とマイクロ・ナノシステム学会会誌「化学とマイクロ・ナノシステム」
• 作者: 手島 哲彦;尾上 弘晃;青沼 宏佳;嘉糠 洋陸;竹内 昌治
• 通讯作者: 竹内 昌治

MICROFLUIDICALLY TUNABLE LENTICULAR LENS

微流控可调柱状透镜

• 发表时间: 2013
• 作者: Y. Iimura;T. Teshima;Y. Morimoto;S. Yoshida;and S. Takeuchi
• 通讯作者: and S. Takeuchi

Magnetically responsive microflaps reveal cell membrane boundary from multiple angles

磁响应微瓣从多个角度揭示细胞膜边界

• DOI: 10.1002/adma.201305494
• 发表时间: 2014
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: T. Teshima;H. Onoe;H. Aonuma;K. Kuribayashi-Shigetomi. K. Koki. T. Tonooka;H. Kanuka;S. Takeuchi
• 通讯作者: S. Takeuchi

MAGNET-ACTIVE MOBILE MICROPLATE SYSTEM TO MANIPULATE SINGLE ADHERENT HOST CELLS FOR THE ANALYSIS OF PARASITE INFECTION

用于操纵单个贴壁宿主细胞以分析寄生虫感染的磁活性移动微板系统

• 发表时间: 2012
• 作者: T. Teshima;H. Aonuma;H. Onoe;H. Kanuka;S. Takeuchi
• 通讯作者: S. Takeuchi

Three-dimensional Manipulation of Patterned Single Neural Cells byMobile Micronlates

通过移动微粉对图案化单个神经细胞进行三维操作

• 发表时间: 2013
• 作者: 吉田 昭太郎;手島 哲彦;栗林(繁富)香織;竹内 昌治
• 通讯作者: 竹内 昌治