現在地
Home > 量子生命科学研究所 > 量子再生医工学チーム

量子生命科学研究所

量子再生医工学チーム

掲載日：2024年4月1日更新
印刷用ページを表示

タイトル

量子再生医工学研究　概要図

　再生医工学分野において、再生細胞を生み出す一般的な分化誘導法は発生学に倣い、再生因子の添加濃度、順序、反応時間を再現しています。しかし、実際の生体内での分化過程で変化する細胞状態を大きく反映する物理化学的パラメーター（温度、pH、ラジカルなど）の情報は極めて不足しており、複雑な機能を発揮する細胞種の分化誘導法の確立の大きな妨げになっています。
　また、再生医療においては、幹細胞や再生細胞の細胞状態の違いが、再生機能発現に大きく影響することが懸念されていますが、実体は未だつかめていません。当チームではナノ量子センサなどの量子技術を再生医工学に応用し、細胞の物理化学的パラメーターを計測することで、幹細胞や再生細胞の移植前の品質管理や移植後の生体内環境・組織・臓器において診断するための技術創製に取り組みます。これにより、生体内外での幹細胞や再生細胞の細胞状態の理解を深めるとともに、再生医学・発生学分野への貢献を目指します。

量子再生医工学チームのホームページ

 

湯川チームリーダー

 

 

 

 

 

チームリーダー　湯川 博

 

メンバー

湯川チーム集合写真

＜スタッフ＞
​湯川 博 　上席研究員 チームリーダー
川野 光子 主幹研究員（併任）
揚妻 正和 主任研究員
嶋田 泰佑 主任研究員
西村 勇姿 研究員
植田 泰之 博士研究員
伊藤 千紘 技術補佐員
藤倉 大介 技術補佐員
神山 詩織 派遣職員
和氣 弘明 客員研究員（名古屋大学 未来社会創造機構 教授）
洲崎 悦生 客員研究員（順天堂大学 大学院医学研究科 教授）
岩竹 真弓 協力研究員（名古屋大学 未来社会創造機構 特任准教授）
城 愛理 　協力研究員（順天堂大学 大学院医学研究科 特任准教授）

＜学生＞
山田 翔太 　　　博士3年（名古屋大学 大学院工学研究科）
伊藤 千紘 　　　博士1年（千葉大学 大学院融合理工学府）
藤倉 大介 　　　博士1年（千葉大学 大学院融合理工学府）
柴田 幸蔵 　　　修士2年（名古屋大学 大学院工学研究科）
菅 さくら 　　　修士2年（名古屋大学 大学院工学研究科）
畠山 梓摘 　　　修士2年（東京理科大学 大学院薬学研究科）
ヤン ジュンソク 修士1年（千葉大学 大学院融合理工学府）​

​

研究TOPICS

ナノ量子センサによる幹細胞、再生細胞、そして生体内における観察とその技術開発

再生医工学Gの図​​　 温度、pH、ラジカルなどといった「物理化学的パラメーター量」の計測は、細胞内外で起こる生命現象の理解に重要でありこれまでに実現できていない疾病の診断や治療法の開発、再生医療の細胞品質管理など応用展開に期待が寄せられています。特に、単一細胞レベル（個々の細胞を区別した状態での計測）の高い解像度において、これらの物理化学的パラメーター量の変動を検知できれば、がんの超早期診断や、再生医療で重要となる細胞状態・機能評価方法の創出に繋がると期待されます。例えば、炎症時には、細胞温度や細胞外pHの上昇が関係することが知られており、単一細胞解像度での計測を可能にすれば、細胞集団や組織中に混在する異常細胞の検知を実現できるかもしれません。
　こうした着眼点のもと、我々は「蛍光性ナノダイヤモンド（FNDs）」と呼ばれるナノ量子センサを用いた幹細胞の単一細胞温度計測システムを構築しました。検証の結果、細胞内に取り込まれたFNDsは細胞内温度の正確な計測に有用であり、かつ細胞生存率を低下させないこと、再生因子（e.g. HGF, TGF-β1）の分泌を阻害しないことを見いだしました。つまり、本システムにより幹細胞状態や機能発現に影響を及ぼすことなく細胞温度計測が可能であることを示しました。また、このシステムよる観察を通じて、新たに幹細胞機能が培養温度と相関することを明らかにしました。
　これらの技術を生体内イメージング計測・診断に応用することが重要な課題となっています。移植後の再生細胞の追跡的な計測・診断を可能にするとともに、生体内の新たな生命現象の発見を目指します。そのため、今後はヒトに向けて鍵となるマウス等の哺乳類モデル動物での観察技術も開発を進めていきます。「2光子イメージング技術」を基にしたマウスの生体深部ライブ観察技術や、「生体挿入可能なセンシングデバイス」などの開発経験を生かし、ナノ量子センサの生体内イメージング技術を再生医療などの最先端医学研究に応用した新たな研究プラットフォームの確立を目指します。​

・Yukawa*, Fujiwara*, Baba*, et al., Nanoscale Adv. 2, 1859-1868 (2020).
　https://doi.org/10.1039/D0NA00146E
・Nishimura, et al., Sci. Rep. 11, 4248 (2021).
　https://doi.org/10.1038/s41598-021-83285-y
・Oshimi et al., Lab Chip 22, 2519-2530 (2022).
　https://doi.org/10.1039/D2LC00112H
・Agetsuma* et al., bioRxiv, (2021).
　https://doi.org/10.1101/2021.08.31.458461 
・Horiuchi†, Agetsuma† et al., Nat. Commun. 11, 712 (2020).
　https://doi.org/10.1038/s41467-020-14571-y
(*, corresponding author；†, equal contribution)​

2024年度の成果

原著論文​​​（査読付きの総説を含む）

  1. Yamada S., Yamada K., Sugawara A., Baba Y., Yukawa H. Near-infrared-II fluorescence/magnetic resonance double modal imaging of transplanted stem cells using lanthanide co-doped gadolinium oxide nanoparticles, Anal. Sci., 2024.
  2. Takahashi T., Zhang H., Agetsuma M., Nabekura J., Otomo K., Okamura Y., Nemoto T. Large-scale cranial window for in vivo mouse brain imaging utilizing fluoropolymer nanosheet and light-curable resin, Commun. Biol. 2024; 7: 232.
  3. Iwatake M., Nagamura-Inoue T., Doi R., Tanoue Y, Ishii M., Yukawa H., Tsuchiya T. Designer umbilical cord-stem cells induce alveolar wall regeneration in pulmonary disease models, Front. Immunol. 2024. In Press

総説・書籍など​

  1. 湯川 博, 白坂 善之. つながるひろげる薬剤学，薬剤学-生命とくすり-日本薬剤学会誌, 2024; 84(1): 22-27.
  2. 湯川 博. 第1編量子技術の生命科学応用 第1章 量子センサ第4節 生体ナノ量子センサによる単一細胞レベル温度計測手法の開発, 量子生命科学ハンドブック, 株式会社エヌ・ティー・エス, 2024.
  3. 湯川 博, 揚妻 正和, 岩竹 真弓, 西村 勇姿, 嶋田 泰佑, 植田 泰之, 伊藤 千紘, 奥田 泰生, 畠山 梓摘, 青木 悠, 馬場 嘉信. 生体ナノ量子センサ技術を活用した最先端イメージングシステムの開発, 月刊「細胞」, 2024; 6(4): 75-82.

2023年度の成果

原著論文（査読付きの総説を含む）​​​

  1. 嶋田 泰佑, 竹下 大貴, 伊藤 聡, 安井 隆雄, 馬場 嘉信. PMMA製ナノワイヤデバイスによる体液中細胞外小胞由来microRNA抽出, 分析化学, 2023; 72: 105-110.
  2. Chattrairat K., Yasui T., Suzuki S., Natsume A., Nagashima K., Iida M., Zhang M., Shimada T., Kato A., Aoki K., Ohka F., Yamazaki S., Yanagida T., Baba Y. All-in-One Nanowire Assay System for Capture and Analysis of Extracellular Vesicles from an ex Vivo Brain Tumor Model, ACS nano 2023; 17(3): 2235-2244.
  3. Carrillo-Reid L., Agetsuma M., Kropff E. Editorial: Reconfiguration of Neuronal Ensembles Throughout Learning, Front. Syst. Neurosci 2023; 17: 1161967.
  4. *Onoshima D., Sato R., Yukawa H., Nohira K., Min H., Baba Y. Development of Sampling and Measurement Technology for Indoor Particulate Matter Using a Small Drone, Earozoru Kenkyu 2023; 38(1): 30-32.
  5. Yamada S., *Yukawa H., Kitamura K., Mizumaki T., Yoshizumi Y., Oohara T., Nanizawa E., Hirano F., Sato K., Sugawara-Narutaki A., Ishikawa T., Baba Y. In vivo real-time quantum dots imaging to track transplanted adipose stem cells in different inflammatory states of acute liver failure mice, Cell Transplant. 2023; 32: 1-11.
  6. Hasegawa K., Raudales J. L. M., Takashi I., Yoshida T., Honma R., Iwatake M., Tran S. D., Seki M., Asahina I., Sumita Y. Effective-mononuclear cell (E-MNC) therapy alleviates salivary gland damage by suppressing lymphocyte infiltration in Sjögren-like disease, Front. Bioeng. Biotechnol. 2023; 11: 1144624.
  7. *Yukawa H., Sato K., Baba Y. Theranostics applications of quantum dots in regenerative medicine, cancer medicine, and infectious diseases, Adv. Drug Deliv. Rev. 2023; 200: 1114863. Front Cover
  8. Takahashi H., Yasui T., Hirano M., Shinjo K., Miyazaki Y., Shinoda W., Hasegawa T., Natsume A., Kitano Y., Ida M., Zhang M., Shimada T., Paisrisarn P., Zhu Z., Ohka F., Aoki K., Rahong S., Nagashima K., Yanagida T., Baba Y. Mutation detection of urinary cell-free DNA via catch-and-release isolation on nanowires for liquid biopsy, Biosens. Bioelectron. 2023; 234: 115318.
  9. Hisanaga M., Tsuchiya T., Watanabe H., Shimoyama K., Iwatake M., Tanoue Y., Maruyama K., Yukawa H., Sato K., Kato Y., Matsumoto K., Miyazaki T., Doi R., Tomoshige K., Nagayasu T. Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells Attenuate Immune Reactions Against Pig Decellularized Bronchi Engrafted into Rat Tracheal Defects, Organogenesis 2023; 19(1): 2212582.
  10. Honma R., Takashi I., Seki M., Iwatake M., Ogaeri T., Hasegawa K., Ohba S., Tran S. D., Asahina I., Sumita Y. Immunomodulatory Macrophages Enable E-MNC Therapy for Radiation-Induced Salivary Gland Hypofunction, Cells 2023; 12(10): 1417.
  11. Mizoguchi S., Tsuchiya T., Doi R., Obata T., Iwatake M., Matsumoto H., Yukawa H., Hayashi H., Li T. S., Yamamoto K., Matsumoto K., Miyazaki T., Tomoshige K., Nagayasu T. A novel ex vivo lung cancer model based on bioengineered rat lungs, Front. Bioeng. Biotechnol. 2023; 11: 1179830.
  12. Yokoi A., Ukai M., Yasui T, Inokuma Y., Hyeon-Deuk K., Matsuzaki J., Yoshida K., Kitagawa M., Chattrairat K., Iida M., Shimada T., Manabe Y., Chang I, Asano-Inami E., Koya Y., Nawa A., Nakamura K., Kiyono T., Kato T., Hirakawa A., Yoshioka Y., Ochiya T., Hasegawa T., Baba Y., Yamamoto Y., Kajiyama H. Identifying high-grade serous ovarian carcinoma-specific extracellular vesicles by polyketone-coated nanowires, Sci. Adv. 2023; 9(27): eade6958.
  13. Kishimoto T., Agetsuma M., Hoshino A., Takahashi H. Needle‐type pressure sensor with silicone oil and parylene membrane inside for minimally invasive measurement, Elec. Commun. Jap. 2023; 106(3): E12420.
  14. Matsuoka K., Yamada M., Fukatsu N., Goto K., Shimizu M., Kato A., Kato Y., Yukawa H., Baba Y., Sato M., Sato K. Contrast-enhanced ultrasound imaging for monitoring the efficacy of near-infrared photoimmunotherapy, eBioMedicine 2023; 95: 104737.
  15. *Agetsuma M., Sato I., Tanaka Y., Carrillo-Reid L., Kasai A., Noritake A., Arai Y., Yoshitomo M., Inagaki T., Yukawa H., Hashimoto H., Nabekura J., Nagai T. Activity-dependent organization of prefrontal hub-networks for associative learning and signal transformation, Nat. Commun. 2023; 14(1): 5996. (*: corresponding author)
  16. Tanoue Y., Tsuchiya T., Miyazaki T., Iwatake M., Watanabe H., Yukawa H., Sato K., Hatachi G., Shimoyama K., Matsumoto K., Doi R., Tomoshige K., Nagayasu T. Timing of Mesenchymal Stromal Cell Therapy Defines its Immunosuppressive Effects in a Rat Lung Transplantation Model, Cell Transplant. 2023; 32.
  17. Shimada T., Fujino K., Yasui T., Kaji N., Ueda Y., Fujii K., Yukawa H., Baba Y. Resistive pulse sensing on a capillary-assisted microfluidic plat-form for on-site single particle analyses, Anal. Chem. 2023; 95(50): 18335-18343.
  18. Shimada T., Ueda Y., Takemaru H., Baba Y., *Yukawa H. Nano-quantum sensors-based imaging and sensing for target-based drug discovery and development, Trends Analyt. Chem. 2023; 171: 117496. (*: corresponding author)

総説・書籍など

  1. 湯川 博, 馬場 嘉信. 量子ナノ工学に基づく最先端バイオイメージング診断・治療技術の開発, Precision Medicine, 2023; 6(1): 64-71.
  2. 湯川 博, 浦野 大智, 馬場 嘉信. ナノ量子センサーによる細胞イメージング・センシング技術の最前線, ファルマシア, 日本薬学会誌, 2023; 59(7): 649-653.
  3. 岩竹 真弓, 馬場 嘉信, 湯川 博. 生体ナノ量子センサ技術を活用した最先端イメージングシステムの開発, Precision Medicine, 2023; 6(8): 79-88.
  4. 嶋田 泰佑, 植田 泰之, 竹丸 ひかり, 馬場 嘉信, 湯川 博. ナノ量子センサーによる細胞・生体イメージング診断技術の現状と展望, バイオマテリアル-生体材料-特集：バイオマテリアルとレオロジー, 2023; 41-4: 2-7.
  5. 揚妻 正和, 西村 勇姿, 竹丸 ひかり, 嶋田 泰佑, 岩竹 真弓, 湯川 博. ナノ量子センサーイメージング技術と医学応用, 光学 特集：細胞集団の状態や機能の可視化解析, 日本光学会誌, 2023; 52(8): 338(24)-345(31).
  6. 湯川 博. 量子科学と生命科学の融合, The Japanese Journal of Nephrology（JJN） 日本腎臓学会誌, 2023; 65(8): 964-969.
  7. 湯川 博. ナノ量子センサーによるイメージング計測技術の医学応用, 日本神経回路学会誌, 2023; 30(4): 168-178.
  8. 小野島 大介, 湯川 博, 馬場 嘉信. 分子夾雑を応用したがん診断・治療デバイス, CSJカレントレビュー　45 生体分子環境の化学~分子夾雑と1分子で解き明かす生体の挙動~, 日本化学会編, 化学同人, 2023; 93-98.

​​2023年度以前の成果

 

Contact

量子生命科学研究所 量子生命医工グループ 量子再生医工学チーム

所在地：QST千葉地区　〒263-8555　千葉市稲毛区穴川4-9-1

湯川 博 チームリーダー　yukawa.hiroshi（＝）qst.go.jp　([=]を[@]にしてください)

量子生命科学研究所