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

基本信息

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

项目摘要

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，即我们研究的最后一年，我们创建了两种类型的微型设备，以观察使用原生动物细胞进入宿主细胞的过程，原生动物细胞是专性细胞内寄生虫。所用的原生动物是一种名为弓形虫的寄生细胞，与疟疾寄生虫属于同一纲，培养难度极高，且与细胞内外表达的蛋白质具有很高的相似性，适合作为疟疾寄生虫进行研究正在进行感染模型。由于原生动物是传染性微生物，需要特殊的实验培养设备，因此我们请求并获得使用东京慈惠大学医学院热带医学实验室的研究设备。利用与宿主细胞具有高生物相容性的聚合物聚对二甲苯（Parylene）的微加工技术，我们制造了具有纳米级厚度和微米级宽度的结构，并用细胞粘附蛋白对其进行图案化。使用 HFF 细胞（人类来源的成纤维细胞）作为宿主细胞，我们试图确定是否可以在微结构的平坦表面上进行图案化。此外，通过沉积和图案化磁场响应金属，我们制造了一种可以通过施加外部磁场来远程控制和处理细胞的位置和方向的设备。有两种形状；一种是直径为50μm或更小的用于处理单细胞的微板，另一种是可以处理多个细胞的微盘。结果，我们创造了一种装置，使我们能够在显微镜下观察原生动物入侵和感染宿主细胞的现象，并且可以处理单细胞和多细胞水平。这项研究的结果提供了极其微小的微生物侵入宿主细胞过程的详细图像，这在以前是不可能的，并成功获得了显示侵入过程中与宿主细胞细胞骨架相互作用的共聚焦图像。这项研究的成果在细胞内寄生微生物的观察方面表现出色，而这些微生物以前由于能够融入细胞并逃避血液中抗体的攻击而很难观察，也可以应用于细胞内寄生机制的分析。其他寄生虫，如疟原虫和巴贝虫寄生虫，以及细菌，如志贺氏菌。除了建立用于研究的实验系统外，增加额外的光学系统预计将作为应用于感染诊断试剂盒的基础。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
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」
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
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