YASUDA, Kenji

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor
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Concurrent Post 【 display / non-display 】

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

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Research Institute 【 display / non-display 】

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

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Education 【 display / non-display 】

  • 　
    -
    1992

    Waseda Univ.  

  • 　
    -
    1990

    Waseda Univ.   Depeartment of Physics  

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Degree 【 display / non-display 】

  • Ph.D.

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Research Experience 【 display / non-display 】

  • 2016.04
    -
    　

    Waseda University   Professor

  • 2006.04
    -
    2016.03

    Tokyo Medical and Dental Univ.   Professor

  • 2006.04
    -
    2006.09

    The University of Tokyo   Professor

  • 1999.04
    -
    2006.03

    The University of Tokyo   Associate Prof.

  • 1992.04
    -
    1999.03

    Hitachi Ltd.   Advanced Research Lab.   Research Scientist

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Professional Memberships 【 display / non-display 】

  • 　
    　
    　

    Acoustical Society of America

  • 　
    　
    　

    Biophysical Society

  • 　
    　
    　

    The Japan Society of Applied Physics

  • 　
    　
    　

    The Physical Society of Japan

  • 　
    　
    　

    The Biophysical Society of Japan

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Research Areas 【 display / non-display 】

  • Biophysics, chemical physics and soft matter physics

  • Nanobioscience

  • Biophysics

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Papers 【 display / non-display 】

  • Photothermal Agarose Microfabrication Technology for Collective Cell Migration Analysis

    Mitsuru Sentoku, Hiromichi Hashimoto, Kento Iida, Masaharu Endo, Kenji Yasuda

    Micromachines   12 ( 9 )  2021.08

    　View Summary

    Agarose photothermal microfabrication technology is one of the micropatterning techniques that has the advantage of simple and flexible real-time fabrication even during the cultivation of cells. To examine the ability and limitation of the agarose microstructures, we investigated the collective epithelial cell migration behavior in two-dimensional agarose confined structures. Agarose microchannels from 10 to 211 micrometer width were fabricated with a spot heating of a focused 1480 nm wavelength infrared laser to the thin agarose layer coated on the cultivation dish after the cells occupied the reservoir. The collective cell migration velocity maintained constant regardless of their extension distance, whereas the width dependency of those velocities was maximized around 30 micrometer width and decreased both in the narrower and wider microchannels. The single-cell tracking revealed that the decrease of velocity in the narrower width was caused by the apparent increase of aspect ratio of cell shape (up to 8.9). In contrast, the decrease in the wider channels was mainly caused by the increase of the random walk-like behavior of component cells. The results confirmed the advantages of this method: (1) flexible fabrication without any pre-designing, (2) modification even during cultivation, and (3) the cells were confined in the agarose geometry.

    DOI

  • Stepwise neuronal network pattern formation in agarose gel during cultivation using non-destructive microneedle photothermal microfabrication

    Yuhei Tanaka, Haruki Watanabe, Kenji Shimoda, Kazufumi Sakamoto, Yoshitsune Hondo, Mitsuru Sentoku, Rikuto Sekine, Takahito Kikuchi, Kenji Yasuda

    Scientific Reports   11 ( 1 )  2021.07

    Authorship：Last author, Corresponding author

    　View Summary

    <title>Abstract</title>Conventional neuronal network pattern formation techniques cannot control the arrangement of axons and dendrites because network structures must be fixed before neurite differentiation. To overcome this limitation, we developed a non-destructive stepwise microfabrication technique that can be used to alter microchannels within agarose to guide neurites during elongation. Micropatterns were formed in thin agarose layer coating of a cultivation dish using the tip of a 0.7 <inline-formula><alternatives><tex-math>$$\upmu \mathrm{m}$$</tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mml:mrow>
    <mml:mi>μ</mml:mi>
    <mml:mi>m</mml:mi>
    </mml:mrow>
    </mml:math></alternatives></inline-formula>-diameter platinum-coated glass microneedle heated by a focused 1064-nm wavelength infrared laser, which has no absorbance of water. As the size of the heat source was 0.7 <inline-formula><alternatives><tex-math>$$\upmu \mathrm{m}$$</tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mml:mrow>
    <mml:mi>μ</mml:mi>
    <mml:mi>m</mml:mi>
    </mml:mrow>
    </mml:math></alternatives></inline-formula>, which is smaller than the laser wavelength, the temperature fell to 45 <inline-formula><alternatives><tex-math>$$^\circ \hbox {C}$$</tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mml:mrow>
    <mml:msup>
    <mml:mrow />
    <mml:mo>∘</mml:mo>
    </mml:msup>
    <mml:mtext>C</mml:mtext>
    </mml:mrow>
    </mml:math></alternatives></inline-formula> within a distance of 7.0 <inline-formula><alternatives><tex-math>$$\upmu \mathrm{m}$$</tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mml:mrow>
    <mml:mi>μ</mml:mi>
    <mml:mi>m</mml:mi>
    </mml:mrow>
    </mml:math></alternatives></inline-formula> from the edge of the etched agarose microchannel. We exploited the fast temperature decay property to guide cell-to-cell connection during neuronal network cultivation. The first neurite of a hippocampal cell from a microchamber was guided to a microchannel leading to the target neuron with stepwise etching of the micrometer resolution microchannel in the agarose layer, and the elongated neurites were not damaged by the heat of etching. The results indicate the potential of this new technique for fully direction-controlled on-chip neuronal network studies.

    DOI PubMed

  • Emergent synchronous beating behavior in spontaneous beating cardiomyocyte clusters

    Kazufumi Sakamoto, Yoshitsune Hondo, Naoki Takahashi, Yuhei Tanaka, Rikuto Sekine, Kenji Shimoda, Haruki Watanabe, Kenji Yasuda

    Scientific Reports   11 ( 1 )  2021.06

    　View Summary

    We investigated the dominant rule determining synchronization of beating intervals of cardiomyocytes after the clustering of mouse primary and human embryonic-stem-cell (hES)-derived cardiomyocytes. Cardiomyocyte clusters were formed in concave agarose cultivation chambers and their beating intervals were compared with those of dispersed isolated single cells. Distribution analysis revealed that the clusters’ synchronized interbeat intervals (IBIs) were longer than the majority of those of isolated single cells, which is against the conventional faster firing regulation or “overdrive suppression.” IBI distribution of the isolated individual cardiomyocytes acquired from the beating clusters also confirmed that the clusters’ IBI was longer than those of the majority of constituent cardiomyocytes. In the complementary experiment in which cell clusters were connected together and then separated again, two cardiomyocyte clusters having different IBIs were attached and synchronized to the longer IBIs than those of the two clusters’ original IBIs, and recovered to shorter IBIs after their separation. This is not only against overdrive suppression but also mathematical synchronization models, such as the Kuramoto model, in which synchronized beating becomes intermediate between the two clusters’ IBIs. These results suggest that emergent slower synchronous beating occurred in homogeneous cardiomyocyte clusters as a community effect of spontaneously beating cells.

    DOI PubMed

  • Geometric Understanding of Local Fluctuation Distribution of Conduction Time in Lined-Up Cardiomyocyte Network in Agarose-Microfabrication Multi-Electrode Measurement Assay

    Kazufumi Sakamoto, Shota Aoki, Yuhei Tanaka, Kenji Shimoda, Yoshitsune Hondo, Kenji Yasuda

    Micromachines   11 ( 12 ) 1105 - 1105  2020.12

    　View Summary

    We examined characteristics of the propagation of conduction in width-controlled cardiomyocyte cell networks for understanding the contribution of the geometrical arrangement of cardiomyocytes for their local fluctuation distribution. We tracked a series of extracellular field potentials of linearly lined-up human embryonic stem (ES) cell-derived cardiomyocytes and mouse primary cardiomyocytes with 100 kHz sampling intervals of multi-electrodes signal acquisitions and an agarose microfabrication technology to localize the cardiomyocyte geometries in the lined-up cell networks with 100–300 µm wide agarose microstructures. Conduction time between two neighbor microelectrodes (300 µm) showed Gaussian distribution. However, the distributions maintained their form regardless of its propagation distances up to 1.5 mm, meaning propagation diffusion did not occur. In contrast, when Quinidine was applied, the propagation time distributions were increased as the faster firing regulation simulation predicted. The results indicate the “faster firing regulation” is not sufficient to explain the conservation of the propagation time distribution in cardiomyocyte networks but should be expanded with a kind of community effect of cell networks, such as the lower fluctuation regulation.

    DOI

  • On-Chip Multiple Particle Velocity and Size Measurement Using Single-Shot Two-Wavelength Differential Image Analysis

    Shuya Sawa, Mitsuru Sentoku, Kenji Yasuda

    Micromachines   11 ( 11 ) 1011 - 1011  2020.11

    　View Summary

    Precise and quick measurement of samples’ flow velocities is essential for cell sorting timing control and reconstruction of acquired image-analyzed data. We developed a simple technique for the single-shot measurement of flow velocities of particles simultaneously in a microfluidic pathway. The speed was calculated from the difference in the particles’ elongation in an acquired image that appeared when two wavelengths of light with different irradiation times were applied. We ran microparticles through an imaging flow cytometer and irradiated two wavelengths of light with different irradiation times simultaneously to those particles. The mixture of the two wavelength transmitted lights was divided into two wavelengths, and the images of the same microparticles for each wavelength were acquired in a single shot. We estimated the velocity from the difference of its elongation divided by the difference of irradiation time by comparing these two images. The distribution of polystyrene beads’ velocity was parabolic and highest at the center of the flow channel, consistent with the expected velocity distribution of the laminar flow. Applying the calculated velocity, we also restored the accurate shapes and cross-sectional areas of particles in the images, indicating this simple method for improving of imaging flow cytometry and cell sorter for diagnostic screening of circulating tumor cells.

    DOI

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Books and Other Publications 【 display / non-display 】

  • Biomedical Photonics Handbook

    Kenji Yasuda( Part： Joint author)

    CRC Press  2014.07

  • 創薬研究ツール

    安田賢二( Part： Joint author)

    メディカルドゥ  2014.02 ISBN: 9784944157716

  • 再生医療製品の許認可と組織工学の新しい試み（監修 岩田博夫、松岡厚子、岸田晶夫）

    安田賢二( Part： Joint author)

    シーエムシー出版  2012.05 ISBN: 9784781305837

  • ものづくり技術からみる再生医療-細胞研究・創薬・治療-（監修 田畑泰彦）

    安田賢二( Part： Joint author)

    シーエムシー出版  2011.11 ISBN: 9784781304724

  • High Resolution Microbial Single Cell Analytics (Editer: Müller, Susann; Bley, Thomas)

    Yasuda K( Part： Joint author)

    Springer  2010.11 ISBN: 9783642168864

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Misc 【 display / non-display 】

  • On-Chip Cellomics Technology: Soft Nanotechnology for Constructive Cell Network Research for Life Science, Drug Discovery, and Medical Diagnostics

    YASUDA Kenji, NOMURA Fumimasa, TERAZONO Hideyuki, KIM Hyonchol, HATTORI Akihiro

    J. Surf. Sci. Soc. Jpn.   37 ( 5 ) 213 - 217  2016

    　View Summary

    Technologies of analyzing epigenetic information have been developed starting from the twin complementary viewpoints of cell regulation as an &amp;lsquo;algebraic&amp;rsquo; system (emphasis on temporal aspects) and as a &amp;lsquo;geometric&amp;rsquo; system (emphasis on spatial aspects). Exploiting the combination of latest microfabrication technologies and measurement technologies, which we call &amp;lsquo;on-chip cellomics technology&amp;rsquo;, we can control and re-construct the interaction of cell-networks from &amp;lsquo;algebraic&amp;rsquo; and &amp;lsquo;geometric&amp;rsquo; viewpoints. In this review, our developed technologies and some results for spatial viewpoint of epigenetic information as a part of a series of cell-network-based &amp;lsquo;geometric&amp;rsquo; studies of celluler systems in our research groups are summerized and reported. The knowlege and technologies acquired from these viewpoints may lead to the use of cells that fully control practical applications like cell network-based drug screening and the regeneration of organs from cells.

    DOI CiNii

  • 超常磁性カップによるサイズ選択的細胞回収

    金 賢徹, 寺薗 英之, 野村 典正, 安田 賢二

    生体材料工学研究所年報   48   30 - 35  2015.03

  • 地域イノベーション戦略支援プログラム 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成-がんや生活習慣病の診断・創薬・治療に寄与する計測・評価システム がん治療・創薬支援のための全自動CTC解析システムの実用化 1細胞レベルでの分離計測技術の高度化 カップ形状超常磁性微粒子“magcup”を用いたサイズ選択的細胞精製技術の開発

    KIM H., 寺薗英之, 竹井弘之, 安田賢二

    神奈川国際ライフサイエンス実用化拠点 平成26年度報告書 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成    2015

    J-GLOBAL

  • 地域イノベーション戦略支援プログラム 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成-がんや生活習慣病の診断・創薬・治療に寄与する計測・評価システム がん治療・創薬支援のための全自動CTC解析システムの実用化 1細胞レベルでの分離計測技術の高度化 超音波放射圧による生体微粒子ハンドリング

    松浦賢志, 野村典正, KIM H., 寺薗英之, 服部明弘, 安田賢二

    神奈川国際ライフサイエンス実用化拠点 平成26年度報告書 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成    2015

    J-GLOBAL

  • 地域イノベーション戦略支援プログラム 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成-がんや生活習慣病の診断・創薬・治療に寄与する計測・評価システム がん治療・創薬支援のための全自動CTC解析システムの実用化 1細胞レベルでの分離計測技術の高度化 血液中の単一がん細胞を認識するためのイメージングバイオマーカーの評価

    尾高正朗, KIM H., MATHIAS Girault, 服部明弘, 松浦賢志, 寺薗英之, 安田賢二

    神奈川国際ライフサイエンス実用化拠点 平成26年度報告書 革新的計測・評価技術によるライフイノベーション創生-レギュラトリーサイエンス推進拠点の形成    2015

    J-GLOBAL

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Industrial Property Rights 【 display / non-display 】

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Awards 【 display / non-display 】

  • 平成28年度特別研究員等審査会専門委員（書面担当）及び国際事業委員会書面審査員 表彰

    2017.10   独立行政法人 日本学術振興会  

  • 平成25年度「科研費」有意義な審査意見を付した審査委員 表彰

    2013.10   独立行政法人 日本学術振興会  

  • 日本サイトメトリー学会学術奨励賞 平成23年度Cytometry Research最優秀論文

    2012.06   日本サイトメトリー学会   CTC計測装置技術の現状と次世代 CTC装置 技術の展望

    Winner： Masahito Hayashi, Hyonchol Kim, Hideyuki Terazono, Akihiko Hattori, Kenji Yasuda, Takashi Ohtsu, Yohei Miyagi, Tokuzo Arao, Kazuto Nishio

  • MNC 2009 Outstanding Paper Award

    2010.11   応用物理学会   Non-amplified quantitative detection of nucleic acid sequences using a gold nanoparticle probe set and field emission scanning electron microscopy

    Winner： Hyonchol Kim, Atsushi Kira, Kenji Yasuda

  • MNC 2004 Award for Most Impressive Presentation

    2005.10   応用物理学会   Single-Cell-Based Electrophysiological Measurement of a Topographically Controlle Neuronal Network Using Agarose Architecture with a Multi-Electrode Array

    Winner： Ikuro Suzuki, Yoshihiro Sugio, Yasuhiko Jimbo, Kenji Yasuda

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Research Projects 【 display / non-display 】

  • 血中がん細胞を無染色識別する「イメージング・バイオマーカー」解析技術の開発

    Project Year :

    2017.04
    -
    2022.03
     

    　View Summary

    初年度に引き続き要素技術の開発を推進した。「細胞塊」をマイクロ流路系で用いる場合１細胞から巨大な細胞塊までのサイズの異なるターゲットを同時に流す事ができる流路系を用いるため、被写界深度の幅を増大させて像ぼけが起きにくい観察光学系を構築する必要があるが、ズームレンズ系と開口数の小さな対物レンズに画像処理技術を組み合わせることで必要な細胞集団の形状、細胞核の形状を同定することができるアナログ＋デジタル画像処理技術を最適化することに成功した。次に、明視野像と蛍光像を同時に取得し、これをカメラの１つの受光素子で同時取得・解析するため、すでに開発・設計してきた複数の単色光明視野同時取得／比較計測技術に、新たにFPGA技術と高速デジタルカメラを組み合わせ毎秒５０００個以上の細胞を実時間判別する技術の原理検討を進めた。FPGA技術には市販のNI社FPGAを組み込みフィードバック制御で細胞の流路中での流速を実時間で検出することを可能にした。さらに細胞の分離精製技術として、アルギン酸によって細胞を包むことによって細胞ごとに異なる細胞電荷に関係なく、表面のアルギン酸カプセルの電荷で安定に細胞を分取する技術の原理検討に成功した（特許出願手続き中）。またハードウエア技術の開発に並行して「細胞塊」「核状態」などの画像高速同定アルゴリズムの開発を推進し、転移がんモデル動物の血液試料を用いて「３細胞以上のクラスター」を輪郭あるいは内部の核の分布、形状などから総合的に解明、判断する技術を開発した。明視野像で得られる細胞の輪郭を画面全体で判別するのではなく、局所ごとにしきい値設定を重ね合わせて正確な「細胞（塊）」の形状を数値化する新規のアルゴリズムであり（特許出願手続き中）、従来の手法では比較解析できなかった細胞クラスター数の転移がん移植後の増加傾向や多核細胞の増加などを詳細に報告する論文の報告ができた。２年前に東京医科歯科大学から早稲田大学に転出し研究室立ち上げとあわせて研究テーマ立ち上げを行ったため、装置類のセットアップなどに時間がかかってしまったが、２０１８年３月（２０１７年度末）には、研究室内にクリーンルームも立ち上げあることができ、チップ開発を含めたマイクロ加工技術も含めた装置システムの全体的な開発が開始できるようになった。また、動物実験施設の許可も受け、今まで血中の転移がんの状態の日変化をトレースした論文はなかったが、２０１８年度に初めてこれを論文として公開することができた。また、装置開発も順調に進んでおり、特許出願を進めることができた。これによって２０１８年度は「（１）計画以上に進展している」と判断させていただいた。これまでの試作成果を踏まえ、「細胞塊」をより効率的に分析するため、新たに、粒径の違いによって連続して自動的に選別するプレ選別機構を持った微細流路を前処理として付加して、細胞塊のみに特化した計測をする計測系に改善する。この細胞塊のみが流れてくる状況での被写界深度の幅を増大させて像ぼけが起きにくい観察光学系を構築し、ズームレンズ系と開口数の小さな対物レンズ、そして画像処理技術を最適化して細胞集団の形状、細胞核の形状を同定できるアナログ＋デジタル画像処理技術を完成させる。また高い時間処理能力を持った細胞形状識別技術の開発として、特に蛍光光源の入射法を工夫して、今年度成功したFPGA技術と高速デジタルカメラを組み合わせた明視野像と蛍光像の１受光素子で同時取得・解析技術の改良開発を行う。さらに細胞の分離精製技術として、アルギン酸カプセルに細胞を含ませて、アルギン酸カプセルの持つ安定した表面電荷を利用して微弱外部静電場のスイッチングで効果的に分離する技術を実用レベルまで改良する。上記、ハードウエア技術の開発に並行して、システムのソフトウエア技術開発である「細胞塊」「核状態」などの高速同定アルゴリズム（「イメージング・バイオマーカー」抽出技術）の開発をアルギン酸カプセル中の細胞判別技術に発展させて推進する。アルギン酸カプセル中の明視野像で得られる細胞の輪郭は、水中と同様に、その輝度に分布があるため既存の自動しきい値による切り出しを行うと周囲形状が欠損する可能性があるため、今年度開発に成功した局所でのしきい値設定を重ね合わせて、正確な「細胞（塊）」の形状の数値化する新規のアルゴリズムを最適化する。また、核の空間分布から、分裂細胞の核形状であるのか、多核細胞であるのか、細胞集団であるのかを識別するアルゴリズムの開発なども引き続き推進する

  • Davelopment of Method to Analyse the Function of Regulatory Proteins in Single by Cells by Gene Handling Technique.

    　View Summary

    Recovery of DNA fragment from a DNA probe array : We have developed a DNA preparation method using a DNA probe array that utilizes photo-thermal denaturation to recover specific DNA. The protocol for preparing DNA probe array was investigated to realize the stable immobilization of DNA probes on the surface of solid support. We used a glass plate coated with Cr (5-10 nm thick). The Cr surface was modified with 3-glysidoxypropyltrimethoxysilane to introduce active residues that can couple with amino residues at the 5' terminal of DNA probes. The Cr surface acts as a photo-thermal transducer. The preparation method of DNA uses infrared (1053-nm) laser irradiation to thermally denature and release DNA immobilized in a specific area of a DNA probe array. Different DNA fragments fixed in place on the DNA probe array could be separately recovered. There were enough quantities of recovered DNA that can be amplified by using PCR. Trial to synthesize caged DNA : Aiming at synthesizing caged DNA, we tried to chemically modify an amino-residue on DNA with 4, 5-diraethoxy-2-nitrobenzyl bromide (DMNBB). Although the synthesis of chemically modified DNA once appeared to be confirmed by using PCR method, we finally reached a conclusion that the amino-residue on DNA is not reactive to the chemical modification. Expression of GFP-actin in cultured embryonic heart cells : We could confirm that GFP-actin was expressed in cultured embryonic heart cells under fluorescence microscopy. Although we may have not be able to achieve the original goal, the results obtained in this project must be, we believe, very useful for planning a future project

  • 細胞内における調節タンパク質機能解析のためのmRNA発現制御技術の検討

    　View Summary

    Caged遺伝子の合成:Caged mRNAを作成するための第一段階として、Caged DNAの調製を試みた。すなわち、DNA塩基のアミノ基を化学修飾(Cage化)することによって複製機能を失活し、紫外光照射によってCageを外して再活性化させることのできる不活性化DNAを合成した。その結果、光照射によって複製機能がある程度再生可能であることを、PCR法を用いて確認した。細胞操作と共焦点顕微鏡観察:心筋細胞培養系での自動拍動現象におけるCaイオンの時空間パターン(Ca wave)を、Ca感受性蛍光色素を細胞内に導入することによってビデオレートで蛍光共焦点顕微観察・記録することができた。この細胞実験系は、Caged遺伝子を導入のために不可欠のものである。遺伝子の固定化と選択回収技術:DNA多成分同時分取法を確立する目的で、近赤外レーザー光を用いてチップ上の局所領域のみを加熱変性し、特定のDNA断片を回収することのできるDNAチップの基本実験を行った。6nmの厚さにクロム蒸着したガラス基板上にDNAプローブを固定し、蛍光ラベルした試料DNAプローブを流して蛍光観察したところ、試料DNAプローブが均質に付着していた。そこで、このクロム蒸着面に近赤外レーザー集束光を顕微鏡下で照射して局所加熱し、μmオーダーの空間分解能でDNAを熱変性したところ、局所分離することに成功した。解離したDNAはPCR増幅することができ、また残った固定DNAの方も、変性することなく可逆的に試料DNAを再結合した。また基板の蒸着クロムを面電極としてDNAを基板表面に誘導することができた。さらに、試料DNAが特定の領域としか結合しないこと、特定の領域のDNAのみを回収できることを確認した。以上3つの技術を実現したことによって、本研究課題を推進するための第一歩を踏み出すことができたと考える

  • Study of Life Science as Complex Systems

    　View Summary

    We have set up the basis of complex systems biology, to unveil universal features underlying all life systems, by taking a constructive approach, to set up a simple system both experimentally and theoretically.(1)Synthesis of in-vitro artificial replication system consisting of DNA and DNA polymerase and others. Theoretical demonstration that molecules minority in number start to play the role of heredity, in the sense that they control the behavior of a cell relatively strongly and are preserved well. This theory is confirmed by the above experiment.(2)Success of protein synthesis and RNA replication in liposome, observation and construction of stable self-replication of liposomes, and DNA hybridization on liposome.(3)Theoretical discovery of universal statistical laws of chemical abundances in a cell that sustains recursive production, i.e., a power law in average gene expression and log-normal distribution of the abundances of each chemicals, as is confirmed experimentally.(4)In-vitro genesis of almost all organs from Xenopous undifferentiated cells, using activin and a few other proteins. Discovery of jump-over phenomena and community effect. Demonstration that the constructed eye and heart tissues work normally after transplantation to organisms.(5)Theory of cell differentiation and developmental process based on a coupled dynamical systems, to show robustness and irreversibility.(6)Construction of differentiation by E Coli by using embedded gene network.(7)Evolution of E Coli to show that diversity is induced in a crowded condition.(8)Proposition of a theory of symbiotic sympatric speciation.(9)Construction of symbiotic system by E Coli and amoeba.(10)Theoretical proposition that evolution speed is proportional to phenotypic fluctuation of clones, as confirmed by artificial selection experiment to increase fluorescence of protein in E Coli.(11)Development of an equipment system that allows for long-term singe cell observation, manipulation, and on-chip cell sorter

  • マイクロファブリケーションを用いた単一細胞実時間解析

    　View Summary

    研究代表者(安田)はH11年度に(株)日立製作所より現職に転出して、新たに研究室を立ち上げ、H12年度「ゲノム生物学」の上記予算配分を利用することで、本提案にもある上記研究を開始した。本研究は以下に述べる3つのステージからなると考えている。すなわち、1)細胞を1細胞単位で隔離し連続培養観察できる装置系の開発、2)隔離した1細胞のDNA・mRNAを回収・分析して遺伝子多型解析・mRNA発現定量解析技術の開発、3)実際にモデル細胞(大腸菌を検討)を用いた細胞機能と遺伝子多型、mRNA発現量との関係の計測である。H12年度は、上記1)の「1細胞連続培養観察装置系」を開発した。装置は、スライドガラスに径30ミクロン程度の穴をマイクロ加工技術で掘り、この中に大腸菌を1匹閉じ込めた後、半透膜で上面をシール(ガラスと半透膜とはビオチン・アビジン結合で接着)したもので、さらにこの半透膜の上に培養液還流槽を設けることで、一定の培養溶液条件下での1細胞の活動を連続で顕微鏡観察できるものである。さらに光ピンセットと組み合わせることで特定の細胞を選択することも可能である。実際、本装置を用いることで、大腸菌1細胞の成長(伸長)速度、分裂周期を測定したり、細胞数を増やして相互衝突することが成長・細胞分裂にどのような影響をもたらすか、単離した1細胞が分裂してできた子細胞と親細胞との成長速度・分裂周期の違いなど従来の測定では計測できなかった1細胞の振る舞いを測定し、同一の遺伝子を持つ細胞相互の機能の違い等も測定できるようになった(論文2報投稿中)

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Presentations 【 display / non-display 】

  • Development of sprouting vascular endothelial cell collection method using flexible design of Matrigel for expression analysis

    Yuki Yamanaka, Kento Iida, Ryuji Takano, Hiromichi Hashimoto, Masao Odaka, Akihiro Hattori, Kenji Matsuura, Kenji Yasuda

    第56回日本生物物理学会年会  (岡山) 

    Presentation date： 2018.09

  • Selective digestion of Ba2+/Ca2+ alginate microdroplets for single-cell-analysis

    Masao Odaka, Moe Iwamura, Ayako Kawai, Akihiro Hattori, Kenji Matsuura, Kenji Yasuda

    第56回日本生物物理学会年会  (岡山) 

    Presentation date： 2018.09

  • Development of size filtration-imaging cell sorter for real time selective collection of circulating tumor cells (CTCs) in blood

    Moe Iwamura, Kenji Matsuura, Ayako Kawai, Masao Odaka, Akihiro Hattori, Kenji Yasuda

    第56回日本生物物理学会年会  (岡山) 

    Presentation date： 2018.09

  • Quantitative evaluation of preciseness in design copy in microfabrication procedures of circulating tumor cell cluster size-filtration

    Ayako Kawai, Moe Iwamura, kenji Matsuura, Akihiro Hattori, Masao Odaka, Kenji Yasuda

    第56回日本生物物理学会年会  (岡山) 

    Presentation date： 2018.09

  • Development of a method to track conductions in cardiomyocyte network with a multi-electrode system

    Kazufumi Sakamoto, Natsuki Seki, Shota Aoki, Naoki Takahashi, Masao Odaka, Kenji Matsuura, Akihiro Hattori, Kenji Yasuda

    第56回日本生物物理学会年会  (岡山) 

    Presentation date： 2018.09

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Specific Research 【 display / non-display 】

  • マクロファージの多点連続刺激の細胞内での情報処理機構の解明

    2020  

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    Zipper model explained the driving mechanism of the engulfment procedure and its specific identification of antigens during phagocytosis in macrophages. To confirm the ability and limitation of this Zipper model in the critical conditions, we observed the phagocytosis after reached to the maximum engulfment capacity and the phagocytosis of the clusters of the IgG-coated and non-coated polystyrene sphere mixtures. We tracked the progression of membrane engulfing the IgG-coated polystyrene beads and IgG-coated microneedles. For the cluster engulfment, we recorded the time course of the cluster of different size IgG-coated/non-coated polystyrene spheres to confirm their strict selection of target antigens from the mixture cluster. The results showed that the irregular membrane backtracking as the reverse phenomenon of engulfment was observed after macrophages reached the maximum engulfment capacity. When the selective engulfment of IgG-coated polystyrene spheres from the mixtures cluster was not always successful, and sometimes, non-coated polystyrene spheres were caught into the cell body accompany with engulfment of the IgG-coated polystyrene sphere part of the cluster. In contrast, no membrane backtracking was observed during the engulfment of clusters. These results indicate that the mechanism of engulfment should imply the function of regurgitation for their survival and its recovery.

  • マクロファージの多点連続刺激の細胞内での情報処理機構の解明

    2019  

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    本課題研究では、マクロファージの自他認識と貪食応答の機構を、従来の細胞膜の局所での分子レベルでの刺激応答という観点から細胞の情報処理の機構の解明という新しい観点での研究を推進した。光ピンセット、メカニカルマイクロマニピュレーターを用いて、マクロファージの特定の１点あるいは特定の複数点に連続してオプソニン化したPM2.5粒子の貪食を繰り返し行ったところ、一定の細胞膜の貪食応答が進んだところで他の領域の応答性はブロックされて他の抗原には応答を開始しないことが確認された。この結果は、貪食現象が単なる細胞膜の局所応答機構のみでは説明できるものではないことが示唆された。

  • オンチップ心筋細胞ネットワーク計測系を用いた拍動同期現象の集団効果の解明

    2018  

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    本課題研究では、まず心筋細胞が集団化した時の「集団としての拍動状態」を、この集団を構成する各細胞の振る舞い、協同性や互いの興奮伝導などの状態と比較して「集団の表現型」が創り出される原理の解明を目指した。まず孤立培養したマウス初代心筋細胞、ヒトiPS細胞由来心筋細胞、ヒトES細胞由来心筋細胞の各細胞の拍動周期と拍動の安定性の分布と、これらの細胞が集団（クラスター）となった時の拍動の特性を比較し、細胞集団（クラスター）の拍動周期は、最も早い孤立心筋細胞の拍動周期より遅くなり、また、拍動周期の安定性は改善した。これは従来、基盤と考えられていたOverdrive Suppression仮説に反するものであり新規の発見であった。

  • マクロファージの多点刺激の情報処理機構の解明

    2018  

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    本課題研究では、マクロファージの自他認識と貪食応答の機構を、従来の細胞膜の局所での応答、という観点ではなく「細胞全体としてどのように応答を選択するのか。また、受けた刺激は細胞に履歴を残すのか。」という、細胞の複数情報処理についての素朴な疑問として解明を目指した。ここでは、実際に、光ピンセット、あるいは、メカニカルマイクロマニピュレーターを用いて、マクロファージの特定の１点に連続して貪食を繰り返させることで、貪食がどのような変化をするのかを測定した。その結果は、貪食現象が単なる細胞膜の局所応答機構のみでは説明できるものではなく、従来の報告にはない細胞全体としての情報共有機構の存在を示唆するものであった。

  • マクロファージの多点刺激の情報処理機構の解明

    2017  

    　View Summary

    本課題研究では、「細胞が複数の競合する同種（貪食）刺激を受けたら、細胞全体としてどのように応答を選択するのか。また、受けた刺激は細胞に履歴を残すのか。」という、細胞の複数情報処理についての素朴な疑問を、マクロファージの貪食という自他認識・判断能力が顕著で、かつ、応答が貪食という行為で容易に判別できる系をモデルとして選び解明を目指した。個々の細胞に直接触って、その細胞膜表面への力学刺激量を一定にしたところでの細胞応答の定量計測・制御・操作可能なマイクロ力学マニピュレーション技術を利用し、免疫1細胞の多点刺激に対する細胞レベルの応答を時空間的観点から機能解明することを目指した。その結果 (1)新しい多点定量力学刺激・細胞応答計測技術の開発、および(2)１細胞への競合する複数刺激情報入力時の細胞内情報処理・応答のダイナミクス解明を推進することができた。

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Syllabus 【 display / non-display 】

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