化学とマイクロ・ナノシステム研究会誌
Vol.10, No.1 (2011)

化学とマイクロ･ナノシステム
第 10 巻 第 1 号
目次
総説・解説
脳神経外科領域におけるマイクロナノシステムの臨床への応用
若林俊彦、夏目敦至、藤井正純、吉田 純・・・・・・

1

投稿（総説）
脳神経活動電位計測のための微細加工電極アレイ
新田英之、潘 志生

・・・・・・ 8

松浦宏治

・・・・・・ 15

トピック紹介臨床応用展開を目指した最近の ELISA 技術

第 22 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会ポスター賞
新規ナノ構造体 carbon nanotube forest への酸化還元酵素の高密度固定化
およびバイオ発電デバイスへの応用
三宅丈雄、吉野修平、高橋竜也、山田健郎、畠 賢治、西澤松彦 ・・・・・・ 16
ハイドロゲル表面への導電性高分子マイクロパターンの転写
井門裕一郎、関根宗一郎、高橋大輔、長峯邦明、三宅丈雄、西澤松彦 ・・・・・・ 18
酸素の変換濃縮法を応用した藻類の光合成活性計測
小出昌弘、安川智之、伊野浩介、珠玖 仁、水谷文雄、末永智一 ・・・・・・ 20
超薄膜 W/O/W 液滴を基材としたアルギン酸マイクロカプセルの作製
佐伯大輔、杉浦慎治、金森敏幸、佐藤誠吾、市川創作 ・・・・・・ 22
流路壁面の離散化による微小流路の動的再構成
二井信行 ・・・・・・ 24
ピコリットル秤取アレイ構造を利用した多重脂質膜チューブの作製
増渕 茉奈美、山田真澄、豊田太郎、関 実 ・・・・・・ 26
学会報告
第 22 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会（名古屋）
MicroTAS2010 参加報告

渡慶次 学
山田真澄

・・・・・・ 28
・・・・・・ 30

Lab on a Chip 目次紹介 (vol. 10, No. 16-20)
名古屋大学大学院工学研究科馬場研究室

・・・・・・ 32

お知らせ
第 23 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会

・・・・・・ 43

論文投稿規定会費に関する規定
変更届「化学とマイクロ・ナノシステム研究会」入会案内

総説・解説脳神経外科領域におけるマイクロナノシステムの臨床への応用
若林 俊彦 1、夏目 敦至 1、藤井正純 1、吉田1

純 1, 2

名古屋大学大学院医学系研究科脳神経外科学, 2 中部労災病院

1. はじめに2-1. 悪性神経膠腫の化学療法の推移

医工連携による技術革新に裏打ちされ、脳神経外悪性神経膠腫の化学療法の幕開けは、1980 年の科領域の診断・治療の技術は、近年飛躍的な進歩をWalker らの報告であり、nitrosourea 系薬剤 (BCNU)遂げている。様々な脳神経疾患に対する分子標的のと放射線治療を含むレジメンの予後が良好であった発見に伴う、分子イメージングから、その標的を目

こ と から 、こ の 報告 以降 、日 本 を含 む全 世 界で掛けての分子標的治療の開発は、様々な難治性疾患

nitrosourea 系薬剤が脳腫瘍の中心的な化学療法剤とに対して新たな挑戦が始まった(1)。また、ナノパーなった(2)。現在までに nitrosourea 系薬剤の無しと有ティクルのリポソームをキャリアーとした遺伝子治りを比較した大規模臨床試験はないが、初発退形成療や細胞療法への忚用は既に臨床忚用が始まってい性星細胞腫(Anaplastic astrocytoma:AA) (Grade 3)のる。さらに各種治療薬の剤型変更による徐放性製剤

2,362 例、膠芽腫(Grade 4)の 3,004 例を対象としたメや脳内易拡散物質の開発など、前臨床研究におけるタ ア ナリ シス に よる と、 放射 線 治療 単独 よ りも各種開発は枚挙に暇がない。これら臨床忚用の現状

nitrosourea 系薬剤を併用することにより、1 年生存割と今後の展望について紹介する。

合を、それぞれ 10.1%、6.5%増加させたという報告がある(6)。この報告を受け、nitrosourea 系薬剤を併2. 悪性脳腫瘍治療の現状用する化学放射線療法が悪性神経膠腫に対する標準

悪性脳腫瘍は、積極的に腫瘍摘出手術や術後の放的治療法であると考えられるようになった。本邦で射線化学免疫療法などの集学的治療を駆使しても、も、局所放射線治療と、国内承認薬である nitrosourea

その殆どの症例が未だ治癒に至らぬ極めて予後不良系薬剤である ACNU（本邦商品名：ニドラン）あるの 疾 患 で あ る 。 特 に 、 悪 性 神 経 膠 腫 （ WHO

いは MCNU（本邦商品名：サイメリン）の同時併用

classification Grade 3/4）は、脳内白質に浸潤性に発育療法が悪性神経膠腫の標準的治療法として広く行わする傾向が強く、可及的腫瘍全摘出術、更には術後れていた(7)。実際、JCOG 脳腫瘍グループで行ったの補助療法としての局所照射を用いた放射線療法を臨床試験としては、星細胞腫 Grade 3・4 に対する標行っても完治はほとんど望めない。そのなかでも、準的治療群を局所照射+ACNU 併用療法と設定し、最も悪性の膠芽腫（Glioblastoma multiforme; GBM「星細胞腫 Grade 3・4 に対する放射線化学療法とし(Grade 4)）は神経膠腫の 32%を占め、5 年生存率はての ACNU 単独療法と Procarbazine（PCZ）併用療法

僅か 6%である(2)。しかし、近年、この治療法にテとのランダム化第Ⅱ/Ⅲ相試験（JCOG0305）」を検討

モゾロミド (Temozolomide:TMZ) （本邦商品名：テした。本試験は、標準的治療に PCZ を追加併用したモダール）の化学療法を組み合わせることにより、ACNU・PCZ 併用療法を選択した（初期治療：放射有意な生命予後の延長が報告され、悪性神経膠腫の線治療+ACNU+PCZ、維持治療：ACNU+PCZ）。第Ⅱ

治療に化学療法の新たな展開がみられている(3)。更相試験部分の主たる目的は、「短期の生存割合から第に、この臨床試験登録症例の５年間に及ぶ追跡調査III 相試験に進むことが適当であるか判断する」こと

結果の結果、5 年以上の長期間に及ぶ生命予後の改であり、第Ⅲ相試験部分の主たる目的は、「標準治療善も認められるに至った（4）。現在、更に新規分子である ACNU 単独群に対する、ACNU・PCZ 併用群標的薬の開発や新たな薬剤の組み合わせによる治療の優越性を検証すること」であった。しかし、第 II効果の向上が検討されつつある。例えば、本邦では相試験の患者登録期間中に、後述の放射線治療 vs.

JCOG (Japan Clinical Oncology Group) 脳腫瘍グルー放射線治療+TMZ の第 III 相試験の結果が発表され、プにて IFN-β(Interferon-beta)（本邦商品名：フェロ

世界的に TMZ 併用療法が標準的治療であると考えン）と TMZ を併用した第 II 相臨床試験 (INTEGRAられるようになった。日本でも 2006 年 9 月に TMZstudy; JCOG0911)が開始されるなど、悪性神経膠腫のが認可され、TMZ を使用しない臨床試験の継続は困化学療法に新たな挑戦が精力的に試みられている(5)。

難であると判断したため、JCOG0305 は第 II 相部分
111 例の登録をもって試験中止となった(8)。

化学とマイクロ・ナノシステム 第 10 巻 第 1 号 2011 年 3 月

1投稿（総説）

脳神経活動電位計測のための微細加工電極アレイ
新田 英之*1,2, 潘 志生 1
1

ハーバード医学部/マサチューセッツ工科大学 医療科学技術部門
2
現在の所属：独立行政法人理化学研究所

Microfabricated multi-electrode arrays for brain/machine interface
Hideyuki ARATA*1,2, Chi-Sang POON1

1

Harvard/MIT- Health Science and Technology
2
Present affiliation: RIKEN
Received October 4, 2010 ; Accepted January 24, 2011

Abstract
Multi-electrode arrays (MEAs) have been used as one of the powerful tools among brain/machine interfaces(BMI). A short history of multi-electrode arrays for neural studies and characteristics of microfabricated MEAs
is introduced. This review is aimed at introducing two typical forms of microfabricated MEA devices, amulti-electrode microprobe (MEMP) and a planner microelectrode array (PMEA) and discuss their features. The
benefits, major problems of microfabricated MEA in general, and possible directions as BMI is discussed.

Keywords: multi-electrode array (MEA), microfabrication, brain/machine interface (BMI)
(A)

1. 序論
1791 年、イタリアの医学者、物理学者であるルイージ・ガルヴァーニ（Luigi Galvani）により、電気的刺激による蛙の後肢の収縮実験が行われた[1](Fig. 1)。
それ以来、先鋭な電極を用いて神経細胞や筋肉等の活動電位を計測する、またはそれらに刺激を与える実験手法が神経科学の分野における最も有効な手法の一つとして広く用いられてきた。20 世紀半ばには、電解エッチング法により任意の規格の電極が手作りで製作できるようになった[2-5]。1952 年、Hodgkin と(B)

Huxley はこれらの電極を用い、イカの軸索活動電位の計測と定量的解析を行い、細胞レベルでの電気生理学研究の基礎を築いた[6]。1968 年、80 個の電極をもつ多電極アレイ(Multi-Electrode Array, 以降 MEA)を人間の脳内の視覚野に挿入し、直接視覚皮質を刺激することによって閃光（phosphene）が知覚され、MEA が脳介機装置（BMI: Brain/Machine Interface）として使用できることが示された[7]。近年では、脳内に挿入された MEA と遠隔通信デバイスをラットに搭載することにより、その進む方向を恣意的に遠隔操作することもできるようになった[8]。
＊Email: h.arata@riken.jp
Address: Harvard/MIT- Health Science and Technology
77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA.
2
Present address: 2-1 Hirosawa, Wako-city, Saitama, 351-0106 ,Japan.
18Fig. 1. (A) Luigi Galvani (1737–1798), medical
doctor and biomedical engineer. He discovered―animal‖ electricity. (B) Galvani’s laboratory.
The picture shows not only the famous frog
preparation (left) but also radio waves which
could activate the nerve-muscle preparation.
Adopted with the permission from ref [9].

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学会報告

第 22 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会（名古屋）
渡慶次 学
名古屋大学大学院工学研究科化学・生物工学専攻
名古屋大学革新ナノバイオデバイス研究センター
事後総括2010 年 11 月 17 日（水）・18 日（木）に名古屋大学
医学部付属病院中央診療棟 3 階講堂にて第 22 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会（22th CHEMINAS）が開催されました。今回の名古屋大学での研究会は、愛知県はもとより、東海エリアでは初めての開催となりました。会場は、名古屋大学のメインの東山キャンパスではなく、医学部および付属病院がある鶴舞キャンパスの中央診療棟の 3 階講堂で、名古屋駅からのアクセスも便利な場所に位置していました。招待講演 4件、ポスター発表 95 件、企業展示 5 件、研究会参加者はのべ 170 名でした。
初日は、12：50 分からの開会の挨拶に続いて、2 件の招待講演が行われました。1 件目は、Karolinska
Institutet の Agneta Richter-Dahlfors 教授より、「Crossingthe boarders－Infection biology as inspiration for organicbio-electronics」のタイトルでカロリンスカ研究所の紹介と自身の開発したバイオエレクトロニクスデバイスを用いた細胞コミュニケーションなどについてご講演いただきました。2 件目は、Massachusetts Instituteof Technology の Jongyoon Han 教授より、「Micro/Nanofilters for Molecular and Cellular Separation
and Diagnostics」のタイトルでマイクロフルイディクスを利用したマラリア検出デバイスや CTC 検出デバイスなどについてご講演いただきました。続いて、31 件のフラッシュプレゼンテーションとポスター発表が行われ、活発な議論が行われました。その後に、3 件目の招待講演として、名古屋大学大学院医学系研究科の若林俊彦教授より、「脳神経外科領域におけるマイクロナノシステムの臨床への忚用」のタイトルで脳神経外科手術における工学の重要性や現状についてのご講演をいただきました。
2 日目は、最初に 31 件のフラッシュプレゼンテーションとポスター発表がおこなわれました。続いて、4件目の招待講演として、名古屋大学大学院工学研究科の新井史人教授より、「オンチップロボティクス：マイクロ流体チップとロボットの融合」のタイトルでマイクロセンサー・アクチュエーターや磁気・光駆動のマイクロ・ナノロボティクスを駆使した細胞マニピュレーションなどについてご講演いただきました。昼食
後に 32 件のフラッシュプレゼンテーションとポスター発表が行われ、活発な議論が行われました。

28

ポスター発表終了後に、ポスター賞のアワードセレモニーを行いました。厳正な審査のもと、若手研究者を対象として、3 回のポスターセッションから各 2 名、合計 6 名が選ばれ、関会長からポスター賞が授与されました。
ポスター賞受賞者「流路壁面の離散化による微小流路の動的再構成」
二井信行（東京電機大学フロンティア共同研究センター）「新規ナノ構造体 carbon nanotube forest への酸化還元酵素の高密度固定化およびバイオ発電デバイスへの忚用」
三宅丈雄、吉野修平、高橋竜也、山田健郎、畠賢治、
西澤松彦（東北大学）「酸素の変換濃縮法を忚用した藻類の光合成活性計測」
小出昌弘、安川智之、伊野浩介、珠玖仁、水谷文雄、末永智一（国立環境研究所）「ハイドロゲル表面への導電性高分子マイクロパターンの転写」
井門裕一郎、関根宗一郎、高橋大輔、中村覚、長峯邦明、三宅丈雄、西澤松彦（東北大学）「超薄膜 W/O/W 液滴を基材としたアルギン酸マイクロカプセルの作製」
佐伯大輔、杉浦慎治、金森敏幸、佐藤誠吾、市川創作（筑波大学）「ピコリットル秤取アレイ構造を利用した多重脂質膜チューブの作製」
増渕茉奈美、山田真澄、豊田太郎、関実（千葉大学）
ポスター賞のアワードセレモニーの後に、次回の研究会の案内を関実先生（千葉大）が行い、閉会となりました。
懇親会
懇親会は、初日の 18：30 よりメルパルク名古屋 2F羽衣で行われました。会場へは鶴舞キャンパスからチャーターバスに乗って移動しました。約 50 名が参加しました。今回は、懇親会と同じ時間に若手交流会が化学とマイクロ・ナノシステム 第 10 巻 第 1 号 2011 年 3 月

行われていたため、学生の参加者がなく、懇親会参加者が若干尐なくなりました。関会長のご挨拶、乾杯の後、次回研究会の実行委員長・副実行委員長である千葉大学の関実先生・山田真澄先生から、会場・日程などの紹介をいただきました。研究者の交流の場として大変有意義な機会となりました。
若手交流会
若手交流会は、懇親会と同時刻に鶴友会館 1F レス
トラン鶴友で行われました。今回は、主に学生を対象として、若手交流会を企画いたしました。研究会事務局からの補助もあり、参加費を無料にすることができ、多くの学生（約 60 名）が参加しました。若手交流会の取りまとめ役の岡本行広先生（名大）の趣旨説明と乾杯の後に、普段あまり交流のない他大学の学生との交流を深めました。交流会の進行に末吉健志先生（京大）のご協力をいただきました。
最後に、第 22 回化学とマイクロ・ナノシステム研究会の開催にあたり、お忙しい中ご講演をいただきました招待講演の先生方に感謝申し上げます。また、実施にあたっては、馬場嘉信教授（名大）、長谷川好規教授（名大）、岡本行広助教（名大）、加地範匡助教（名大）、馬場研究室のスタッフにご協力をいただきました。また、関会長をはじめ、事務局の藤貫様、小川様には多くのご支援とご協力をいただきました。最後に、本研究会の運営にご協力していただきました馬場研究室の学生のみなさんに感謝いたします。

Agneta Richter-Dahlfors 教授の招待講演

ポスター発表懇親会

若手交流会

化学とマイクロ・ナノシステム 第 10 巻 第 1 号 2011 年 3 月29

MicroTAS2010

参加報告

山田 真澄
千葉大学大学院 工学研究科

昨秋のイベントではありますが，2010 年 10 月 3 日（日）を含めたアジアの割合は 40％以上となり，一昔前に比べから 7 日（木）にかけて，オランダ・フローニンゲン市にるとその割合は着実に増えているようです（特に中国）。

おいて開催された The 14th International Conference on

なお開催国のオランダは 45 件程度でした。

Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences

基調講演では，Diamond 先生（Dublin City U），Austin（MicroTAS 2010）に参加しましたので，概要を報告しま先生（Princeton），Ismagilov 先生（Chicago），van den Berg

す。フローニンゲン市は，オランダ北部，スキポール空港

先生（Twente），Schwille 先生（Dresden），吉田潤一先生（京から快速電車で田園風景を進むこと 2 時間半ほどの場所

大）による最新の研究紹介があり，これらはほぼ microTASに位置する，歴史情緒あふれる街です。会議はフローニン関連分野の研究発表であったと言えます。なお月曜日朝のゲン市中心部からバスで 15 分程度の Martiniplaza という開会セレモニーでは，オランダの皇太子殿下による短いビ国際会議場・展示場で行われました。

デオ上映も行われました（ご本人は一言も発言されません

今回，これまでの MicroTAS と比べて大きく異なった点でしたが）。

は，口頭発表のセッションが同時 2 会場から 4 会場へと増研究の動向については，やはりここ数年の傾向と同様，えたことです。投稿数の増加にともなって口頭発表数を増

バイオテクノロジーを志向した研究内容が多く，さらに，やすという試みですが，発表者にとっては口頭発表の機会アプリケーションもいくつかの大きなグループに集約さが増えるという点で都合が良いものの，聴くことのできるれつつあるように思います。口頭発表に選ばれた例として講演数が減ってしまうデメリットがあるため，賛否両論がは，体内を循環する癌細胞（circulating tumor cell）の分離あったようです。しかも 4 会場の発表時間全てが埋まらな（5 件）や細胞融合（3 件）といった，比較的目的が明快かったためか，主にオランダのグループによる Invitedな，細胞をターゲットとした研究が評価されていたようでPresentation なる発表が何件も組み入れられており，尐々す。一方で，分析化学やマイクロリアクターなどの分野は，意図の不明な点もありました。
（ちなみに microTAS 2011

統合型の高機能な装置開発を除けば，基礎的な技術開発はのウェブページを見ますと，次回は同時 3 会場になるようそれほど多くなく，やはりメインアプリケーションは分析です。
）

化学（10 年前は電気泳動ばかりでしたが）からバイオ寄

なお投稿数・採択率ですが，全部で 1200 件弱の投稿のりの研究へとシフトしている様子が感じられました。

うち約 700 件の採択で，採択率はほぼ例年通りの 60％尐々

ポスター発表は例年通り，広い展示場において 3 日間活でした。発表のうち口頭発表は Invited を含めて 130 件程発に行われました。600 件弱のポスターが一堂に展示され度で，口頭発表の採択率は 10％尐々であり，ここ数年よている様子はなかなかの圧巻で，どこにどのポスターがあり上がっています。日本からの発表は，ざっと数えて 140るのか一目では全く分かりません。若手の研究者・学生を件ほどで，全体の 20％程度でした。ちなみに他のアジア対象としたポスター賞は 2 名の日本の方（阪大・四方研・の国の発表概数ですが，それぞれ韓国 65 件，台湾 40 件，平田さんと千葉大・関研・遠山さん：手前味噌ですが）がシンガポール 30 件，中国 25 件，香港 10 件程度で，日本受賞し，私が知る限り，2003 年の東大・田中さん（現北30

化学とマイクロ・ナノシステム 第 10 巻 第 1 号 2011 年 3 月

森研助教），2009 年の東大・竹内研のお二方（太田さん・いう神聖な場所で飲食・飲酒・大音量パフォーマンスをし安達さん）に続く日本人の受賞ということになりました。ても大丈夫なのか？」と感じていたところ，近くにいたフ「アピール力・英語力で务る日本人」という印象を払拭でランス人も「教会でパーティーするなんて生まれて初めて。

きたことでしょう（？）
。

オランダ人はクレイジーだ」と言っていたくらいでしたの

最後に，バンケット（懇親会）は，フローニンゲン市の中心部にあるシンボル的な教会（Martini 教会）を貸し切で，色々な面で先進的なオランダならではのバンケット？
だったのかも知れません。

りで行われました。いかにも歴史のありそうなゴシック様

なお今年の MicroTAS は 10 月にシアトルで，来年は沖式の美しい教会です。着席形式でディナーをいただきなが縄（チェア：東大生研・藤井輝夫先生）で，それぞれ開催ら，コメディアン風の二人組による音楽パフォーマンスが予定です。

催され，個人的にはとても楽しめました。ただし「教会と写真１：フローニンゲン市の街並み

写真３：ポスター発表の様子

中央に見えるのが Martini 教会

写真２：会場のホール

化学とマイクロ・ナノシステム 第 10 巻 第 1 号 2011 年 3 月

写真４：教会内でのバンケットの様子

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