2025/11/30 更新

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ヤギ　トオル
八木　透
YAGI Tohru
所属
工学院 教授
職名
教授
外部リンク

News & Topics

学位

  • 博士（工学） （ 名古屋大学 ）

研究キーワード

  • 神経工学，生体医工学

  • Artificial Vision

  • Eye-gaze Interface

  • EEG

  • 医用生体工学

  • 生体情報工学

  • ロボット/システム工学

  • 視覚科学

  • 神経インタフェース

  • 人工眼

  • 人工視覚

  • 視線入力

  • 脳波

  • BCI

  • Brain Computer Interface

  • Brain Machine Interface

  • Visual Prosthesis

  • BMI

  • Biomedical Engineering

  • Biological Information Processing

  • Robotics & System Integration

  • Vision

  • Neural Interface

研究分野

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 計測工学  / 医用生体工学，神経工学，Bio-MEMS，生体情報処理

学歴

  • 名古屋大学   大学院工学研究科   電子機械工学専攻

    1990年 - 1996年

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    国名： 日本国

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  • ミシガン大学   大学院   バイオエンジニアリングプログラム

    1991年 - 1992年

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  • 名古屋大学   工学部   機械工学科

    1985年 - 1990年

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経歴

  • 東京科学大学   工学院   教授

    2022年 - 現在

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  • 東京工業大学   工学院   准教授

    2016年 - 2022年

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  • マサチューセッツ工科大学   工学部   フルブライト客員研究員

    2012年 - 2013年

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  • 東京工業大学   情報理工学研究科   准教授

    2007年 - 2016年

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  • 東京工業大学   情報理工学研究科   助教授

    2005年 - 2007年

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  • 独立行政法人理化学研究所   バイオミメティックコントロール研究センター   研究員

    2004年 - 2005年

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  • 東京大学   先端科学技術研究センター   客員研究員

    2004年 - 2005年

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  • 株式会社ニデック   人工視覚研究所   所長

    2001年 - 2004年

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  • 独立行政法人理化学研究所   バイオミメティックコントール研究センター   客員研究員

    2000年 - 2004年

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  • 名古屋大学   大学院工学研究科   助手

    1998年 - 2001年

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  • 豊田工業高等専門学校   情報工学科   非常勤講師（併任）

    1998年 - 2000年

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  • 理化学研究所   基礎科学特別研究員

    1996年 - 1998年

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  • 名古屋大学   大学院工学研究科   日本学術振興会特別研究員 (DC2)

    1994年 - 1996年

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所属学協会

委員歴

  • 社団法人電気学会   電子・情報・システム部門 次期部門長  

    2025年 - 現在   

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    団体区分：学協会

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論文

  • Synthetic DNA nanopores for direct molecular transmission between lipid vesicles. 国際誌

    Zugui Peng, Shoichiro Kanno, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Nanoscale   2024年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Lipid vesicles hold potential as artificial cells in bottom-up synthetic biology, and as tools in drug delivery and biosensing. Transmitting molecular signals is a key function for vesicle-based systems. One strategy to achieve this function is by releasing molecular signals from vesicles through nanopores. Nevertheless, in this strategy, an excess of molecular signals may be required to reach the targets, due to the dispersion of the signals during diffusion. The key to achieving the efficient utilization of signals is to shorten the distance between the sender vesicle and the target. Here, we present a pair of DNA nanopores that can connect and form a direct molecular pathway between vesicles. The nanopores are self-assembled from nine single DNA strands, including six 14-nucleotide single-stranded overhangs as sticky-end segments, enabling them to bind with each other. Incorporating nanopores shortens the distance between different populations of vesicles, allowing less diffusion of molecules into bulk solution. To further reduce the loss of molecules, a DNA nanocap is added to one of the nanopore's openings. The nanocap can be removed through the toehold-mediated DNA strand displacement when the nanopore meets its counterpart. Our DNA nanopores provide a novel molecular transmission tool to lipid vesicles-based systems.

    DOI： 10.1039/d4nr01344a

    PubMed

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  • Effects of inserting ultrashort carbon nanotubes into lipid bilayers on membrane morphology

    Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Electronics and Communications in Japan   2024年6月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Wiley  

    Abstract

    Single‐walled carbon nanotubes (CNTs) are carbon materials with unique thermal, optical, mechanical, and electrical properties, with hollow cylindrical structures of a few nanometers in diameter. CNTs cut to about 10 nm (Ultrashort CNTs, US‐CNTs) can spontaneously insert into lipid bilayers. Therefore, applications have been proposed to combine CNTs with lipid bilayers to give the membranes the properties of CNTs. However, CNTs interact with membranes to induce morphological changes in the membranes, which may hinder these applications. In this study, to investigate the effects, US‐CNTs are exposed to lipid bilayer vesicles (giant unilamellar vesicles, GUVs), which are used as a model for cell membranes, and the changes in membrane morphology with each US‐CNT concentration were evaluated by fluorescence microscopy. As a result, GUVs show morphological changes upon exposure to US‐CNTs, eventually transforming into a multiple vesicle‐linked shape. This result suggests an increase in the area and asymmetry of the GUV membrane. Based on these results, we have proposed a hypothesis regarding the mechanism of morphological changes induced in the GUV membranes by US‐CNTs exposure.

    DOI： 10.1002/ecj.12461

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  • 脂質二重膜への超短カーボンナノチューブ挿入が及ぼす膜形態への影響

    Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   144 ( 5 )   424 - 430   2024年5月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.144.424

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  • Ultrasound-Responsive Liposome-Encapsulated Gel Patches Drug Delivery Model

    Kano Kajie, Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Takashi Shibata, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   144 ( 5 )   465 - 466   2024年5月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.144.465

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  • 生体適合性と電気的特性に優れた電極の開発に向けたカーボンナノチューブの細胞接着性に関する研究

    Kittawat Wardcharoen, Shoichiro Kanno, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   144 ( 5 )   467 - 468   2024年5月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.144.467

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  • 瞳孔括約筋を模倣したバイオアクチュエータの開発

    Yuto Okayasu, Yuya Shimomura, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   144 ( 5 )   463 - 464   2024年5月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.144.463

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  • Synthetic DNA nanopores for direct molecular transmission between lipid vesicles

    Zugui Peng, Shoichiro Kanno, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Nanoscale   2024年

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Royal Society of Chemistry (RSC)  

    We designed a pair of DNA nanopores that can connect and form a direct molecular pathway between lipid vesicles.

    DOI： 10.1039/d4nr01344a

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  • A Study on Cell Culture Scaffolds using Magnetic Gel

    Yuya Shimomura, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   143 ( 7 )   714 - 715   2023年7月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.143.714

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  • A Study on DDS with High Response to Ultrasound using Metal Nanoparticle-encapsulated Liposomes

    Yukine Tagai, Kano Kajie, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Takashi Shibata, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   143 ( 7 )   712 - 713   2023年7月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.143.712

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  • Dimethyl Sulfoxide-Free Cryopreservation of Differentiated Human Neuronal Cells 国際誌

    Kenji Yamatoya, Yuya Nagai, Naozumi Teramoto, Woojin Kang, Kenji Miyado, Kazuya Nakata, Tohru Yagi, Yoshitaka Miyamoto

    Biopreservation and Biobanking   21 ( 6 )   631 - 634   2023年2月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Mary Ann Liebert Inc  

    In recent years, cells provided by cell banks and medical facilities have been used for cell therapy, regenerative therapy, and fundamental research. Cryopreservation is an effective means of maintaining stable cell quality over a long period of time. The slow freezing method is most suitable for processing many human cells isolated simultaneously from organs and tissues, but it is necessary to develop a freezing solution for this method. In this study, we report the successful development of a dimethyl sulfoxide (DMSO)-free freezing medium for differentiated neuronal cells. Neuronal differentiation results in the differentiation of undifferentiated SK-N-SH cells into neuronal cells. A basic freezing medium (BFM) was prepared using Dulbecco's modified Eagle's medium, 1 M maltose, and 1% sericin as the essential ingredients, supplemented with 5%-40% propylene glycol (PG). Each BFM supplemented with 5%-40% PG was evaluated in undifferentiated cells. After thawing, BFM supplemented with 10% and 20% PG were 83% and 88% viable, respectively. There was no significant difference between the 10% and 20% PG groups. However, a significant difference was observed when the concentration of PG in the BFM decreased by 5% (5% PG vs. 10% PG; p = 0.0026). Each DMSO-free BFM was evaluated using differentiated neuronal cells. There was no significant difference between the 10% PG BFM and stem-CB-free groups. Viability was significantly different in the 10% glycerol BFM (4.8%) and 10% PG BFM (45%) (p = 0.028). The differentiated cells with 10% PG BFM showed higher adherence to culture dishes than those with 10% glycerol BFM. These results show that BFM containing PG was effective in differentiating neuronal cells. DMSO affects the central nervous system at low concentrations. This report indicates that DMSO is unsuitable for neuronal cells with multipotent differentiation potential. Therefore, it is essential for cell banking and transplantation medicine services to select appropriate cell freezing media.

    DOI： 10.1089/bio.2022.0180

    PubMed

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    その他リンク： https://www.liebertpub.com/doi/pdf/10.1089/bio.2022.0180

  • Control of Drug Release in Ultrasound-Responsive Liposome-Encapsulated Gel Patches.

    Kano Kajie, Zugui Peng, Kenta Shimba, Takashi Shibata 0006, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    MeMeA   1 - 5   2023年

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    掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/MeMeA57477.2023.10171928

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    その他リンク： https://dblp.uni-trier.de/db/conf/memea/memea2023.html#KajiePSSMY23

  • Functional Evaluation of 3D Liver Models Labeled with Polysaccharide Functionalized Magnetic Nanoparticles 査読

    Yoshitaka Miyamoto, Yumie Koshidaka, Katsutoshi Murase, Shoichiro Kanno, Hirofumi Noguchi, Kenji Miyado, Takeshi Ikeya, Satoshi Suzuki, Tohru Yagi, Naozumi Teramoto, Shuji Hayashi

    Materials   15 ( 21 )   7823 - 7823   2022年11月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：MDPI AG  

    Establishing a rapid in vitro evaluation system for drug screening is essential for the development of new drugs. To reproduce tissues/organs with functions closer to living organisms, in vitro three-dimensional (3D) culture evaluation using microfabrication technology has been reported in recent years. Culture on patterned substrates with controlled hydrophilic and hydrophobic regions (Cell-ableTM) can create 3D liver models (miniature livers) with liver-specific Disse luminal structures and functions. MRI contrast agents are widely used as safe and minimally invasive diagnostic methods. We focused on anionic polysaccharide magnetic iron oxide nanoparticles (Resovist®) and synthesized the four types of nanoparticle derivatives with different properties. Cationic nanoparticles (TMADM) can be used to label target cells in a short time and have been successfully visualized in vivo. In this study, we examined the morphology of various nanoparticles. The morphology of various nanoparticles showed relatively smooth-edged spherical shapes. As 3D liver models, we prepared primary hepatocyte–endothelial cell heterospheroids. The toxicity, CYP3A, and albumin secretory capacity were evaluated in the heterospheroids labeled with various nanoparticles. As the culture period progressed, the heterospheroids labeled with anionic and cationic nanoparticles showed lower liver function than non-labeled heterospheroids. In the future, there is a need to improve the method of creation of artificial 3D liver or to design a low-invasive MRI contrast agent to label the artificial 3D liver.

    DOI： 10.3390/ma15217823

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  • Cryopreservation of undifferentiated and differentiated human neuronal cells 国際誌

    Kenji Yamatoya, Yuya Nagai, Naozumi Teramoto, Woojin Kang, Kenji Miyado, Kazuya Nakata, Tohru Yagi, Yoshitaka Miyamoto

    Regenerative Therapy   19   58 - 68   2022年3月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1016/j.reth.2021.12.007

    Scopus

    PubMed

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  • Development of a Battery Using a Hydrogel Network

    Kohtaro Hongo, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    2022 14TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON 2022)   2022年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON56653.2022.10012086

    Web of Science

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  • Transmembrane Carbon Nanotubes for Intracellular Stimulation

    Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    2022 14TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON 2022)   2022年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON56653.2022.10012082

    Web of Science

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  • Development of Variable-Elasticity Cell Scaffolds Using Magnetic Gels

    Yuya Shimomura, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    2022 14TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON 2022)   2022年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON56653.2022.10012083

    Web of Science

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  • Enhancement of the Response to Ultrasound by Encapsulating Metal Nanoparticles in Liposomes

    Yukine Tagai, Kano Kajie, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Takashi Shibata, Tohru Yagi

    2022 14TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON 2022)   2022年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON56653.2022.10012081

    Web of Science

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  • Development of novel ECM which has stiffness difference based on hydrogel beads

    Hiromu Miyata, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN   104 ( 3 )   2021年9月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1002/ecj.12321

    Web of Science

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  • A Study of the Effects of Plasma Surface Treatment on Lipid Bilayers Self-Spreading on a Polydimethylsiloxane Substrate under Different Treatment Times. 査読 国際誌

    Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids   37 ( 36 )   10732 - 10740   2021年8月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1021/acs.langmuir.1c01319

    Web of Science

    PubMed

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  • Effect of Magnetic Nanoparticle Internalization on Cell Density in Skeletal Muscle Tissue 査読

    Yuji Kirihara, Hiromu Miyata, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Kazunori Shimizu, Hiroyuki Honda, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   141 ( 7 )   795 - 801   2021年7月

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    記述言語：英語   出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.141.795

    J-GLOBAL

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  • Functional analysis of liposomes containing Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs) by fluorescence microscopy 査読

    Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   141 ( 5 )   620 - 626   2021年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.141.620

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  • マイクロゲルビーズを利用した弾性差を有するECMハイドロゲルの開発 査読

    宮田啓夢, Peng Zugui, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会論文誌 C   141 ( 5 )   607 - 613   2021年

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  • Formation of agarose-supported liposomes by polymer-assisted method toward biosensor 査読

    Zugui Peng, Kentaro Wada, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems   141 ( 5 )   646 - 653   2021年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1541/ieejeiss.141.646

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  • Preparation of Size-controlled Giant Vesicles Under Physiological Conditions. 査読 国際誌

    Zugui Peng, Shoichiro Kanno, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual International Conference   2020   2198 - 2201   2020年7月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1109/EMBC44109.2020.9175877

    Web of Science

    PubMed

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  • Nanopore lipid bilayer formed by self-spreading method

    Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN   102 ( 12 )   47 - 54   2019年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1002/ecj.12225

    Web of Science

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  • Preparation of giant lipobeads using a gel-assisted swelling method 査読

    Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    BMEiCON 2019 - 12th Biomedical Engineering International Conference   2019年11月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON47515.2019.8990310

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  • Nanopore-spanning lipid bilayer formed by self-spreading method

    Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    BMEiCON 2018 - 11th Biomedical Engineering International Conference   139 ( 10 )   1146 - 1152   2019年1月

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    掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON.2018.8609982

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  • Effect of the amount of carbon nanotubes introduced into liposomes on membrane permeability

    Shoichiro Kanno, Zugui Peng, Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    13TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON 2021)   2018年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON53485.2021.9745234

    Web of Science

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  • Hydrogel-supported bilayers for studying membrane protein functions 査読

    Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    BMEiCON 2017 - 10th Biomedical Engineering International Conference   2017-   1 - 4   2017年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCON.2017.8229152

    Web of Science

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  • Enhanced Adipogenic Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells in an In Vitro Microenvironment: The Preparation of Adipose-Like Microtissues Using a Three-Dimensional Culture. 査読 国際誌

    Yoshitaka Miyamoto, Masashi Ikeuchi, Hirofumi Noguchi, Tohru Yagi, Shuji Hayashi

    Cell medicine   9 ( 1-2 )   35 - 44   2017年1月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    The application of stem cells for cell therapy has been extensively studied in recent years. Among the various types of stem cells, human adipose tissue-derived stem cells (ASCs) can be obtained in large quantities with relatively few passages, and they possess a stable quality. ASCs can differentiate into a number of cell types, such as adipose cells and ectodermal cells. We therefore focused on the in vitro microenvironment required for such differentiation and attempted to induce the differentiation of human stem cells into microtissues using a microelectromechanical system. We first evaluated the adipogenic differentiation of human ASC spheroids in a three-dimensional (3D) culture. We then created the in vitro microenvironment using a 3D combinatorial TASCL device and attempted to induce the adipogenic differentiation of human ASCs. The differentiation of human ASC spheroids cultured in maintenance medium and those cultured in adipocyte differentiation medium was evaluated via Oil red O staining using lipid droplets based on the quantity of accumulated triglycerides. The differentiation was confirmed in both media, but the human ASCs in the 3D cultures contained higher amounts of triglycerides than those in the 2D cultures. In the short culture period, greater adipogenic differentiation was observed in the 3D cultures than in the 2D cultures. The 3D culture using the TASCL device with adipogenic differentiation medium promoted greater differentiation of human ASCs into adipogenic lineages than either a 2D culture or a culture using a maintenance medium. In summary, the TASCL device created a hospitable in vitro microenvironment and may therefore be a useful tool for the induction of differentiation in 3D culture. The resultant human ASC spheroids were "adipose-like microtissues" that formed spherical aggregation perfectly and are expected to be applicable in regenerative medicine as well as cell transplantation.

    DOI： 10.3727/215517916X693096

    PubMed

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  • Self-spreading method for forming lipid bilayer on a patterned agarose gel: Toward precise lipid bilayer patterning. 査読 国際誌

    Kenta Shimba, Kazuma Shoji, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS   2017   1877 - 1880   2017年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/EMBC.2017.8037213

    Web of Science

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    PubMed

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    その他リンク： https://dblp.uni-trier.de/conf/embc/2017

  • 膜タンパク質の機能評価に向けたゲル支持二重膜パターニング法の開発

    榛葉 健太, 庄司 一真, 宮本 義孝, 八木 透

    生体医工学   55 ( 5 )   449 - 449   2017年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：公益社団法人 日本生体医工学会  

    <p>膜タンパク質は創薬における主要なターゲットである．膜タンパク質の機能を評価するためには，脂質二重膜内に膜タンパク質を挿入する必要がある．現在まで，様々な脂質二重膜の形成手法が開発されているが，簡便かつ高精度な脂質二重膜パターンの形成と挿入された膜タンパク質の機能維持を両立することは困難であった．本研究では，脂質二重膜の簡便かつ高精度な形成手法の開発を目指し，自発展開法と呼ばれる脂質二重膜の形成手法がハイドロゲル上においても有効であることを確認した．最初に，ポリジメチルシロキサンを加工して形成した鋳型を用いて，ストライプ状にアガロースゲルを成型した．次に，リン脂質DPhPCと蛍光標識したリン脂質Fluorescein-eggPCを混合した脂質塊をゲル上に塗布し，自発的に脂質膜が展開することを確認した．さらに，脂質膜内で分子の側方拡散が起こることを確認するために，形成された脂質膜において蛍光退色部位の蛍光輝度が時間経過に伴って回復する現象を，FRAP法を用いて評価した．以上の実験から，脂質二重膜がハイドロゲル上に形成されたことが確認された．本研究では，ハイドロゲルの形成に幅0.7mmの鋳型を用いたが，さらに小さなパターンを有する鋳型を用いることで，高精細な脂質二重膜パターニングを行うことができると期待される．</p>

    DOI： 10.11239/jsmbe.55Annual.449

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  • Mobile Lipid Bilayer on Agar-Coated Electrode Toward modeling cellular communication via gap junction 査読

    Kenta Shimba, Yoshitaka Miyamoto, Tohru Yagi

    2016 9TH BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BMEICON)   2016年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Spheroid Formation and Evaluation of Hepatic Cells in a Three-Dimensional Culture Device. 査読 国際誌

    Yoshitaka Miyamoto, Masashi Ikeuchi, Hirofumi Noguchi, Tohru Yagi, Shuji Hayashi

    Cell medicine   8 ( 1-2 )   47 - 56   2015年12月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    In drug discovery, it is very important to evaluate liver cells within an organism. Compared to 2D culture methods, the development of 3D culture techniques for liver cells has been successful in maintaining long-term liver functionality with the formation of a hepatic-specific structure. The key to performing drug testing is the establishment of a stable in vitro evaluation system. In this article, we report a Tapered Stencil for Cluster Culture (TASCL) device developed to create liver spheroids in vitro. The TASCL device will be applied as a toxicity evaluation system for drug discovery. The TASCL device was created with an overall size of 10 mm × 10 mm, containing 400 microwells with a top aperture (500 µm × 500 µm) and a bottom aperture (300 µm diameter circular) per microwell. We evaluated the formation, recovery, and size of HepG2 spheroids in the TASCL device. The formation and recovery were both nearly 100%, and the size of the HepG2 spheroids increased with an increase in the initial cell seeding density. There were no significant differences in the sizes of the spheroids among the microwells. In addition, the HepG2 spheroids obtained using the TASCL device were alive and produced albumin. The morphology of the HepG2 spheroids was investigated using FE-SEM. The spheroids in the microwells exhibited perfectly spherical aggregation. In this report, by adjusting the size of the microwells of the TASCL device, uniform HepG2 spheroids were created, and the device facilitated more precise measurements of the liver function per HepG2 spheroid. Our TASCL device will be useful for application as a toxicity evaluation system for drug testing.

    DOI： 10.3727/215517915X689056

    PubMed

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  • Three-Dimensional In Vitro Hepatic Constructs Formed Using Combinatorial Tapered Stencil for Cluster Culture (TASCL) Device. 査読 国際誌

    Yoshitaka Miyamoto, Masashi Ikeuchi, Hirofumi Noguchi, Tohru Yagi, Shuji Hayashi

    Cell medicine   7 ( 2 )   67 - 74   2015年2月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Attempts to create artificial liver tissue from various cells have been reported as an alternative method for liver transplantation and pharmaceutical testing. In the construction of artificial liver tissue, the selection of the cell source is the most important factor. However, if an appropriate environment (in vitro/in vivo) cannot be provided for various cells, it is not possible to obtain artificial liver tissue with the desired function. Therefore, we focused on the in vitro environment and produced liver tissues using MEMS technology. In the present study, we report a combinatorial TASCL device to prepare 3D cell constructs in vitro. The TASCL device was fabricated with an overall size of 10 mm × 10 mm with microwells and a top aperture (400 µm × 400 µm, 600 µm × 600 µm, 800 µm × 800 µm) and bottom aperture (40 µm × 40 µm, 80 µm × 80 µm, 160 µm × 160 µm) per microwell. The TASCL device can be easily installed on various culture dishes with tweezers. Using plastic dishes as the bottom surface of the combinatorial TASCL device, 3D hepatocyte constructs of uniform sizes (about ɸ 100 μm-ɸ 200 μm) were produced by increasing the seeding cell density of primary mouse hepatocytes. The 3D hepatocyte constructs obtained using the TASCL device were alive and secreted albumin. On the other hand, partially adhered primary mouse hepatocytes exhibited a cobblestone morphology on the collagen-coated bottom of the individual microwells using the combinatorial TASCL device. By changing the bottom substrate of the TASCL device, the culture environment of the cell constructs was easily changed to a 3D environment. The combinatorial TASCL device described in this report can be used quickly and simply. This device will be useful for preparing hepatocyte constructs for application in drug screening and cell medicine.

    DOI： 10.3727/215517914X685187

    PubMed

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  • Permeability of tubular membrane protein 査読

    Atsushi Hattori, Tohru Yagi, Yoshitaka Miyamoto

    BMEiCON 2013 - 6th Biomedical Engineering International Conference   2013年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/BMEiCon.2013.6687700

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  • Saccade-related EEG signals by ICA algorithms 査読

    Arao Funase, Motoaki Mouri, Yagi Tohru, Andrzej Cichocki, Ichi Takumi

    2008 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION THEORY AND ITS APPLICATIONS, VOLS 1-3   961 - +   2008年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    Web of Science

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  • Study on Mental Stress Using Near-Infrared Spectroscopy, Electroencephalography, and Peripheral Arterial Tonometry 査読

    Yoshikazu Ishii, Hajime Ogata, Hidenori Takano, Hidenori Ohnishi, Toshiharu Mukai, Tohru Yagi

    2008 30TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY, VOLS 1-8   2008   4992 - +   2008年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/IEMBS.2008.4650335

    Web of Science

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  • A study on the primary motor cortex performing motor imagery task for the development of a brain-computer interface 査読

    Yoshikazu Ishii, Toshiharu Mukai, Tohru Yagi

    2007 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SYSTEMS, MAN AND CYBERNETICS, VOLS 1-8   3393 - +   2007年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

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  • Research for estimating direction of saccadic eye movements by single trial processing

    Arao Funase, Tetsuro Hashimoto, Tohru Yagi, Allan K. Barros, Andrzej Cichocki, Ichi Takumi

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings   4723 - 4726   2007年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/IEMBS.2007.4353394

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  • Single trial analysis on saccade-related EEG signal

    Arao Funase, Tohru Yagi, Allan K. Barros, Andrzej Cichocki, Ichi Takumi

    Proceedings of the 3rd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering   371 - 374   2007年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/CNE.2007.369687

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  • Drifting and blinking compensation in electro-oculography (EOG) eye-gaze interface

    Tohru Yagi, Yoshiaki Kuno, Kazuo Koga, Toshiharu Mukai

    Conference Proceedings - IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics   4   3222 - 3226   2006年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.  

    DOI： 10.1109/ICSMC.2006.384613

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  • Single trial method for brain-computer interface

    Arao Funase, Tohru Yagi, Allan K. Barros, Andrzej Cichocki, Ichi Takumi

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings   5277 - 5281   2006年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/IEMBS.2006.259741

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  • Comparison of saccade-related EEG signal with saccade-related independent component

    Arao Funase, Tohru Yagi, Allan K. Barros, Andrzej Cichocki, Ichi Takumi

    Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology - Proceedings   7   7060 - 7063   2005年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.  

    DOI： 10.1109/iembs.2005.1616132

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  • Biohybrid retinal implant: Research and development update in 2005

    Tohru Yagi, Masami Watanabe, Yasushi Ohnishi, Shigeru Okuma, Toshiharu Mukai

    2nd International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering   2005   248 - 251   2005年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）  

    DOI： 10.1109/CNE.2005.1419603

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  • Fundamental research for EEG interface: EEG and auditory/visual stimulus during eye-movements

    Arao Funase, Tohru Yagi, Yoshiaki Kuno, Yoshiki Uchikawa

    Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics   2   1999年

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）   出版者・発行元：IEEE  

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書籍等出版物

  • ブレイン-マシン・インタフェース最前線

    株式会社 工業調査会  2007年 

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  • 光技術動向調査報告書XIX

    財団法人光産業技術振興協会  2003年 

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  • マイクロマシン

    産業技術サービスセンター  2002年 

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  • Intelligent Robots and Systems

    Elsevier  1995年 

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  • Intelligent Robots and Systems

    Elsevier  1995年 

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MISC

  • 細胞分離のための正六角形型培養基板に関する研究

    佐藤颯, 下村裕哉, 菅野翔一朗, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会研究会資料(Web)   ( MBE-24-001-026 )   2024年

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  • 網目状細胞シートを用いた虹彩筋様組織の作製

    岡安悠杜, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会研究会資料(Web)   ( MBE-24-001-026 )   2024年

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  • 培養筋アクチュエータにおける培養日数による収縮率の変化に関する研究

    豊浦達貴, 岡安悠杜, 下村裕哉, 菅野翔一朗, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会研究会資料(Web)   ( MBE-24-001-026 )   2024年

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  • 細胞の位置制御のための培養基板に関する研究

    下村裕哉, 佐藤颯, 菅野翔一朗, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会研究会資料(Web)   ( MBE-24-001-026 )   2024年

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  • ピラーを用いた筋線維配向制御による括約筋組織の作製

    岡安悠杜, 下村裕哉, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会電子・情報・システム部門大会(Web)   2023   2023年

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  • 磁性粒子を用いた接着細胞の移動手法の開発

    下村裕哉, 榛葉健太, 宮本義孝, 八木透

    電気学会電子・情報・システム部門大会(Web)   2023   2023年

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  • コンピュータ外科の新展開 次世代のキーテクノロジー 神経インタフェースの現状と将来

    八木 透, 宮本 義孝, 菅原 路子, 中谷 裕教

    日本コンピュータ外科学会誌   17 ( 3 )   157 - 157   2015年10月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：(一社)日本コンピュータ外科学会  

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  • 創造性教育のための電気回路実習

    高橋秀智, 八木透

    設計工学   Vol. ( No. )   18,22   2007年

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  • 人工眼

    八木透

    細胞   37 ( 2 )   18 - 21   2005年

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  • Transretinal electrical stimulation with a suprachoroidal multichannel electrode in rabbit eyes

    Hirokazu Sakaguchi, Takashi Fujikado, Xiaoyun Fang, Hiroyuki Kanda, Makoto Osanai, Kazuaki Nakauchi, Yasushi Ikuno, Motohiro Kamei, Tohru Yagi, Shigeru Nishimura, Masahito Ohji, Tetsuya Yagi, Yasuo Tano

    Japanese Journal of Ophthalmology   48 ( 3 )   256 - 261   2004年5月

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  • ハイブリッド型人工網膜

    八木透

    応用物理   73 ( 8 )   1095 - 1100   2004年

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  • 視覚神経刺激による視覚機能代行－人工眼（人工視覚）

    八木透

    BME   18 ( 4 )   36 - 42   2004年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    DOI： 10.11239/jsmbe1987.18.4_36

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    その他リンク： http://search.jamas.or.jp/link/ui/2005058274

  • 人工網膜による機能再建

    八木透

    月刊眼科診療プラクティス   91   74 - 77   2003年

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  • 人工眼（人工視覚）

    八木透

    現代医療の最前線（後編）：人工臓器とメディカル･エンジニアリングの進歩   42 - 51   2003年

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  • 人工網膜とその情報処理

    八木透

    脳型コンピュータの実現に向けて:脳を知り、脳を創る   78 - 73   2003年

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  • 失明を克服するテクノロジー：人工眼

    八木透

    眼薬理   17   5 - 11   2003年

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  • 人工視覚研究の現状-工学的立場から

    八木透

    脳21   6 ( 4 )   81 - 84   2003年

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  • 衝動性眼球運動における眼球運動前の脳波解析

    船瀬新王, 大熊繁, 久野悦章, 八木透

    電気学会論文誌   123 ( 1 )   93 - 99   2003年

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  • 衝動性眼球運動（サッケード）関連脳波に対する独立成分解析

    船瀬新王, AllanK.Barros, 大熊繁, AndrejCichocki 八木透

    生体医工学   41 ( 4 )   342 - 351   2003年

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  • 導電性高分子のマイクロパターン作製

    伊藤雄一郎, 大西保志, 木内一壽, 八木透

    電気学会論文誌   122-C ( 9 )   1441 - 1446   2002年

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  • 人工眼の開発：夢への挑戦

    八木透

    画像ラボ   13 ( 7 )   32 - 35   2002年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：日本工業出版  

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  • 仮想的に再現された人工眼視覚のもとでの読書能力の定量的評価

    寺澤靖雄, 八木

    電気学会論文誌   122-C ( 7 )   1104 - 1109   2002年

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  • Analysis on saccade-related EEG with independent component analysis

    A Funase, T Yagi, AK Barros, Y Kuno, Y Uchikawa

    INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS   14 ( 1-4 )   353 - 358   2001年

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    記述言語：英語  

    Web of Science

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  • A study on conductive polymer electrodes for stimulating the nervous system

    Y Ito, T Yagi, Y Ohnishi, K Kiuchi, Y Uchikawa

    INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS   14 ( 1-4 )   347 - 352   2001年

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    記述言語：英語  

    Web of Science

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  • Effect of pulse parameters on visual nervous system

    H Kanda, M Watanabe, T Fujikado, T Yagi

    INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS   14 ( 1-4 )   337 - 340   2001年

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    記述言語：英語  

    Web of Science

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  • Simulation of visual prosthesis in virtual space

    Y Terasawa, T Fujikado, T Yagi

    INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED ELECTROMAGNETICS AND MECHANICS   15 ( 1-4 )   431 - 436   2001年

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    記述言語：英語  

    Web of Science

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  • Toward visual prosthesis: Electrical stimulation on the central nervous system

    H Kanda, T Yagi, Y Ito, S Tanaka, M Watanabe, Y Uchikawa

    NON-LINEAR ELECTROMAGNETIC SYSTEMS - ISEM '99   713 - 716   2000年

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    記述言語：英語  

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  • System for position detection and communication with image sensor

    Y Kuno, T Yagi, S Suzuki, Y Uchikawa

    NON-LINEAR ELECTROMAGNETIC SYSTEMS - ISEM '99   695 - 698   2000年

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    記述言語：英語  

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  • A study on Electro-Encephalogram (EEG) in eye movements

    A Funase, T Yagi, Y Kuno, Y Uchikawa

    NON-LINEAR ELECTROMAGNETIC SYSTEMS - ISEM '99   709 - 712   2000年

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    記述言語：英語  

    Web of Science

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  • Distinct mechanisms for expression of Fos-like immunoreactivity and synaptic potentiation in telencephalic hyperstriatum of the quail chick

    S. Yanagihara, T. Yagi, T. Matsushima

    Brain Research   779 ( 1-2 )   240 - 253   1998年1月

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  • Distinct mechanisms for expression of Fos-like immunoreactivity and synaptic potentiation in telencephalic hyperstriatum of the quail chick

    S Yanagihara, T Yagi, T Matsushima

    BRAIN RESEARCH   779 ( 1-2 )   240 - 253   1998年1月

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  • EOGを用いた視線入力インタフェースの開発

    久野悦章, 藤井一幸, 八木透, 内川嘉樹

    情報処理学会論文誌   39 ( 5 )   1455 - 1462   1998年

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  • ハイブリッド型人工網膜

    内川嘉樹, 八木透

    人工臓器   27 ( 5 )   703 - 707   1998年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：JAPANESE SOCIETY FOR ARTIFICIAL ORGANS  

    DOI： 10.11392/jsao1972.27.5_703

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    その他リンク： http://search.jamas.or.jp/link/ui/1999145710

  • Active vision inspired by mammalian fixation mechanism

    Yagi, T. Asano, N. Makita, S. Uchikawa

    Intelligent Robots and Systems   39 - 47   1995年

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  • Active vision inspired by mammalian fixation mechanism

    Yagi, T. Asano, N. Makita, S. Uchikawa

    Intelligent Robots and Systems   39 - 47   1995年

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  • 生体の注視機構を応用したアクティブビジョンシステム

    八木透, 浅野展久, 牧田真治, 内川嘉樹

    日本機械学会論文（C編）   61 ( 591 )   4402 - 4409   1995年

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会  

    Focusing on the biological fixation mechanism, we propose a fixation technique, and implement it into an active vision system. In our technique, large and small camera movements are coordinated to detect an object precisely at the optical axis of the camera. Each type of movement is performed via two separate fixation methods : approximate fixation and adjustment fixation. In the former fixation, a preliminary fixation point is detected using the multi-resolution retina. After the optical axis of the camera is aligned in the direction of this point, the latter fixation method determines the precise fixation point by means of visual feedback control, which minimized the angle between the object's center and the optical axis of the camera. Experimental results show that the active vision system using our proposed technique succeded in fixating objects one after another in a scene, even if several objects are placed within it. According to these results, we have confirmed that bottom-up processing using primitive visual features is an effective technique for precise fixation.

    DOI： 10.1299/kikaic.61.4402

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  • An algorithm of eye movements in biological vision, Simulation and Design of Applied Electromagnetic Systems

    Yagi, T. Gouhara, K. Uchikawa

    Elsevier Studies in Applied Electromagnetics in Materials   5   415 - 418   1993年

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  • An algorithm of eye movements in biological vision, Simulation and Design of Applied Electromagnetic Systems

    Yagi, T. Gouhara, K. Uchikawa

    Elsevier Studies in Applied Electromagnetics in Materials   5   415 - 418   1993年

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講演・口頭発表等

  • Biohybrid retinal implant: Research and development update in 2005

    2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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  • Biohybrid retinal implant: Research and development update in 2005

    2005年 

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    会議種別：ポスター発表  

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受賞

  • 計測自動制御学会SI部門奨励賞

    2005年  

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    受賞国：日本国

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  • 計測自動制御学会システムインテグレーション部門SI2004 ベストセッション講演賞

    2004年  

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    受賞国：日本国

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  • 平成16年電気関係学会東海支部連合大会奨励賞

    2004年  

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    受賞国：日本国

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  • 平成10年度電気通信普及財団賞

    1998年  

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    受賞国：日本国

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • ナノチューブと人工細胞膜を用いた神経インタフェースデバイスの研究開発

    研究課題/領域番号：23K25191  2022年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    八木 透, 宮本 義孝, 榛葉 健太

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    配分額：17420000円 （ 直接経費：13400000円 、 間接経費：4020000円 ）

    本研究では，脂質二重膜（人工細胞膜）に埋め込んだDNAナノチューブやカーボンナノチューブなどの管状ナノ構造体（ナノチューブ）を電気シナプスとして利用し，神経細胞を細胞内刺激可能な電極を有する神経インタフェースデバイスの開発を目指している．神経細胞を所望の電極上に配置するには，細胞パターニングの技術が必要で，大量の細胞集団から少数の細胞を分離・捕捉し，細胞の位置制御を行うことが重要である．現状提案されている手法では，水流やマニュピュレータといった機械的触覚刺激を用いて細胞の位置制御を行うため，正確な位置制御が困難で，コンタミネーションが問題となる．そこで，本年度は機械的触覚刺激を用いず正確な位置制御を行うことができる細胞パターニング技術の開発を行った．具体的には，細胞が接着する培養基板に磁性を持たせた磁性培養基板を作製し，外部磁場を印加することで基板あるいは基板上の接着細胞の位置制御を行った．本年度に実施した実験では，研究の前段階として，培養基板の作製と細胞培養のための手法を確立させた後，磁性培養基板の作製と細胞培養を行った．フォトリソグラフィとエッチングを用いて，設計通りの培養基板および磁性培養基板を作ることに成功し，ポリドーパミンとコラーゲンを用いた表面改質を行うことでそれぞれの基板上に細胞の接着させることができた．培養基板上の細胞においては，細胞の分離・捕捉の後，位置制御を行うことで異なる基板間での細胞の移動を確認することができた．また，磁性培養基板においても外部磁場の印加に伴い，数十μmのスケールでの磁性培養基板の位置制御を行うことができた．これらの研究成果は，フォトリソグラフィを用いて作製した磁性培養基板が，接着細胞を対象とした新たな細胞パターニング手法として有用であることを示しており，将来，神経細胞を所望の電極上に配置する際に不可欠な技術となると考えられる．

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  • ナノチューブと人工細胞膜を用いた神経インタフェースデバイスの研究開発

    研究課題/領域番号：22H03937  2022年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    八木 透, 宮本 義孝, 榛葉 健太

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    配分額：17420000円 （ 直接経費：13400000円 、 間接経費：4020000円 ）

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  • 感覚機能と運動機能を実現するバイオハイブリッド義手のための神経インタフェース

    研究課題/領域番号：21H00323  2021年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    八木 透

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    配分額：11310000円 （ 直接経費：8700000円 、 間接経費：2610000円 ）

    本年度は主に，脂質二重膜に挿入するのに最適なDNAナノチューブの設計製作を行った．今回設計したDNAナノチューブは，鍵と鍵穴の関係になった1ペアのDNAナノチューブである．鍵側のDNAナノチューブは鍵穴側のDNAナノチューブと選択的に結合することができるが，切り離した状態で使用することもできる．学外の合成サービスを利用してDNAナノチューブを作製し，所望のサイズと結合機能を有するDNAナノチューブができたかを電気泳動で評価したところ，鍵と鍵穴を切り離した状態のDNAナノチューブ，結合した状態のDNAナノチューブの両者を観察することができ，想定通りのDNAナノチューブを合成できたことを確認した．
    また，リポソームにDNAナノチューブを垂直に挿入できたかを蛍光物質で評価した．もし垂直に挿入できていれば，リポソームの膜の内外で物質の移動を観察することができる．そこで膜内で垂直にDNAナノチューブを固定するため，ナノチューブの一部に固定用ハプティックスの役割を果たすコレステロールをつけた．実験では，このコレステロールが想定通りに機能するかについても併せて評価した．その結果，蛍光強度がリポソーム内外で変化する様子を観察することができ，膜に垂直に挿入できたと思われるデータを得た．しかし膜に平行に張り付いてチャンネルの役割を果たさなかったために蛍光が変化しなかったとおもわれるデータも得られた．そのため膜に垂直な状態で固定する方法をさらに改良する必要であることが判明した．

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  • 人工細胞膜と膜タンパク質から構成される神経インタフェースデバイスの研究開発

    研究課題/領域番号：18H03512  2018年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    八木 透, 宮本 義孝, 榛葉 健太

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    配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

    電気シナプス（ギャップジャンクション）を人工的に実現する本神経インタフェースデバイスは，従来デバイスで問題となっている生体適合性と電気化学的な諸問題を解決できるデバイスである．提案デバイスの特徴は，膜の安定化の目的でボール形状のゲル物質周りに脂質二重膜を構成し、ギャップ結合を実現するために膜タンパク質など膜を貫通するカーボンナノチューブ（CNT）を介して物質輸送を行う点である．
    本年度は，昨年度に立ち上げた電気特性の評価実験系を使って，膜タンパク質（αヘモリシン）を導入したゲル内包ジャイアントリポソーム（GUV）に対し，パッチクランプ法を用いた電気特性評価を実施した．その結果，膜の容量の変化，ボルテージクランプによる膜電位のステップ状の変化を見ることができ，膜タンパク質が膜内に挿入されて物質輸送の機能を果たしていることを電気的に確認した．
    また，GUVにCNTを組み込み，蛍光顕微鏡下でCNTを介した膜内外の物質輸送の様子を顕微鏡下で観察したところ，リポソーム膜に大きな破壊が見られないこと，蛍光の変化からリポソーム外部から内部へCa2+ が輸送されることを確認した．しかし必ずしも蛍光の変化は期待したほどではなかったため実験を繰り返したところ， CNTと脂質二重膜の間に隙間ができており，その隙間からCa2+が漏れ出ている可能性が見えてきた．以上の実験から，CNTと脂質二重膜との親和性についてより深く検討する必要があることが判明した．なおパッチクランプ法を用いて，Ca2+の透過率を評価する電気特性実験を行ったが，安定した結果が今のところ得られていないため，その原因について現在追及している段階である．

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  • 蛍光内視鏡による再生・移植医療用細胞・組織構築物のリアルタイム可視化技術の構築

    研究課題/領域番号：16K12921  2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    宮本 義孝, 山下 紘正, 八木 透, 千葉 敏雄, 池内 真志, 野口 洋文, 榛葉 健太, 鈴木 聡, 林 衆治

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    配分額：3510000円 （ 直接経費：2700000円 、 間接経費：810000円 ）

    インドシアニングリーン（ICG）を用いた近赤外蛍光内視鏡は、生体組織・臓器内部をリアルタイムに観察し、乳癌、消化器系癌のセンチネルリンパ節同定など、幅広い外科領域で大いに威力を発揮している。本研究では、創製した細胞・組織構築物をICG蛍光ラベル化し、リアルタイムに可視化することに成功した。近赤外蛍光内視鏡システムは、in vitro（ブタ小腸表面など）で、サイズの異なる細胞・組織構築物（ミクロサイズ; 約100-10,000細胞塊）を高感度に観察することができた。さらに感度を高めるとノイズが発生することから、その閾値を見極めながら、有効性を高めてゆく必要がある。

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  • 再生・移植医療用細胞・組織構築物の凍結保存・評価システムの開発

    研究課題/領域番号：15H03039  2015年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    宮本 義孝, 池内 真志, 大和屋 健二, 山下 紘正, 宮戸 健二, 八木 透, 寺本 直純, 野口 洋文, 生田 幸士, 三浦 巧

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    配分額：17030000円 （ 直接経費：13100000円 、 間接経費：3930000円 ）

    本研究では、①DMSOフリー新規凍結保存液、②凍結保存用培養デバイス、③凍結装置の開発を行った。①DMSOの細胞毒性、および動物由来原料の抗原性変化や病原体混入の可能性等の課題を解決すべく、ヒト組織由来細胞に有効なDMSO-血清フリー細胞凍結保存液の組成を見出した。②3D培養デバイスTASCLを用いて、均一な大きさのヒト組織由来幹細胞・組織構築物を大量に創製すると共に、有効な保存液組成の決定からガラス化凍結に成功した。③細胞の凍結を制御するために、スターリングエンジンによる凍結装置の開発、および凍結条件の最適化に成功した。以上より、再生・移植医療用細胞・組織構築物の凍結保存システムを構築した。

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  • 磁性ナノ粒子を用いたコンビナトリアル・セルクラスターによる評価システムの構築

    研究課題/領域番号：25560248  2013年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    宮本 義孝, 池内 真志, 野口 洋文, 八木 透, 林 衆治, 鈴木 聡, 生田 幸士

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    配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）

    本課題では、磁性ナノ粒子を用いたコンビナトリアル・セルクラスターによる評価システムを構築することを目的とした。開発したデバイスは、様々な大きさのセルクラスターを一度の播種操作で効率よく作製することに成功した。さらに、市販MRI造影剤、開発した磁性ナノ粒子（MRI造影剤）を用いて、デバイス上で作製したコンビナトリアル・肝細胞クラスターによる毒性・機能評価を行った。結果、得られたクラスターによる生死判定、増殖解析、機能毒性解析とともに、タンパク質レベルでの機能発現も評価することができた。また、他の細胞種（脂肪由来幹細胞など）でも毒性・機能評価による再現性・有効性も確認できている。

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  • 膜タンパク質を利用した生体電気刺激デバイスの研究開発

    研究課題/領域番号：22650103  2010年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    八木 透

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    配分額：3440000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：540000円 ）

    管状膜タンパク質は細胞膜中に小孔を形成する管状のタンパク質であり,それが持つイオン透過性は細胞刺激デバイス等への利用が期待できる.膜タンパク質を利用したデバイスは高い生体適合性と空間分解能を持つことが期待でき,多数の細胞を個別に同時刺激する使用方法が想定される.しかし,それぞれの細胞に対する膜タンパク質のイオン透過を同時に計測することは現在利用されている電気計測では難しい.そこで我々は,この課題を解決する手法として細胞内シグナル計測に利用される蛍光イオンセンサを用い,その蛍光強度から膜タンパク質のイオン透過性を評価することを提案している.本研究では,イオン濃度勾配が存在する人工的な脂質二重膜中に評価対象となる管状膜タンパク質を導入し,それによって生じるイオン透過の推移を蛍光画像によって観測した.その結果,時間の経過とともにイオンが拡散していくことが確認でき,イオン透過性が定性的に評価可能であることが示唆された.

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  • 三次元脳神経組織体を用いたミニブレインデバイスの創成

    研究課題/領域番号：22650127  2010年 - 2011年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    宮本 義孝, 池内 真志, 加地 範匡, 八木 透, 林 衆治

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    配分額：3320000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：420000円 ）

    本課題では、神経様細胞による3D組織を構築するデバイスを創成することを目的とした。開発した細胞パターニングデバイスは、細胞組織体の均一・大量生産が可能であり、一度に多くの培養条件を評価することができた。特に、様々な細胞(初代細胞、組織由来幹細胞、iPS細胞など)に対して、細胞組織体の大きさを制御でき、薬剤応答およびタンパク質レベルでの機能発現が確認できた。また、2D培養による神経回路の構築、及び電気刺激による周期内での応答率の変化も確認できている。

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  • 集積化電気化学マイクロポンプを利用した人工シナプスの開発

    研究課題/領域番号：18300154  2006年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    吉見 靖男, 金森 敏幸, 八木 透, 八木 透, 金森 敏幸

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    配分額：13300000円 （ 直接経費：11800000円 、 間接経費：1500000円 ）

    本研究の最終目的は、特定複数の神経細胞刺激をピンポイント的に刺激できる集積化マイクロポンプを開発し、中枢神経系に情報を直接伝達するインターフェイス(人工シナプス)に発展させることにある。ポリジメチルシロキサン(PDMS)を主材として、水の電気分解を利用して、内容液を吐出およびそれを制御するチップ型バルブ付ポンプを開発した。このポンプによって、秒単位の吐出制御が可能であることが確認された。さらにこのポンプを使って、アメフラシ神経に伝達物質を供給することにより、興奮性シナプス後電位を誘発できることも確認された。また本研究では、ポンプの性能を評価するために、複数の神経の活動を監視する方法が必要である。申請者は、アメフラシの神経を膜電位感受性色素で染色し、蛍光顕微鏡によるイメージングで膜電位を検出する方法を確立した。カリウムチャンネルブロック剤であるテトラエチルアミン塩化物で、活動電位を拡張することにより、神経の興奮の伝達を簡便に検出できる。この方法によって、マイクロポンプによって伝達される情報を解析できると考えられる。

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  • 視覚代用臓器「ハイブリッド型人工網膜」に関する研究

    研究課題/領域番号：12358016  2000年 - 2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    三宅 養三, 八木 透, 近藤 峰生, 渡部 眞三, 石黒 章夫, 近藤 永子, 鈴木 聡, 児玉 哲司, 三宅 養三, 時田 義人

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    配分額：47730000円 （ 直接経費：39600000円 、 間接経費：8130000円 ）

    (1)人工眼シミュレーション:
    人工眼を装着した患者が日常生活上で最低限要となる視機能の実現を目指すために必要な人工眼のスペックを定量的に評価するため人工眼の使用状態を体験できる人工眼体感システムを制作した。その結果、人工眼の輝度調節は4〜8段階が適切であることが判明した。
    (2)画像信号処理:
    人工眼では入力画像情報に基ずいて電気パルス信号を生成し、網膜を電気刺激する必要がある。その際には生成したパルス信号を高速に処理するためのハードウエアが不可欠である。本研究ではパルスニューロンの概念を導入して従来のニューロン表現に比べ高い集積度を実現する実装方法を考案した。これにより人工眼の画像処理において、高速性や回路の小型化という基本要件は、パルスニューロンや神経修飾メカニズム等のコンセプトが極めて有用なものとなりうることが明かとなった。
    (3)視覚系神経への電気刺激の評価:
    人工網膜における電気刺激の至適条件に関して、正常と網膜変性マウスを用いた研究を行った。その結果、短発波のほうがパルス波より効率的であった。さらに猫を用いて、外側膝状体に刺激電極アレイを刺入し、パルス幅、パルス強度、電極間距離を変化させ、神経応答として視覚領から誘発電位を測定した。その結果、パルス幅よりもパルス強度が神経応答に大きな影響を与えることが判明した。
    (4)刺激用電極の形状、組成に関する研究:
    網膜電極の下にスペーサーを用いることにより、電極と強膜の間に一定の距離を保つことができ、その高さは光学的干渉断層計により網膜厚を測定することにより最適な間隔を設定できることが判明した。
    (5)視神経再生に関する研究:
    軸索を損傷された中枢神経細胞の軸索再生は、中枢神経の機能回復をはかるうえで重要である。人工感覚器によって外界刺激を中枢に伝達する場合、感覚需要デバイスからの信号を需要する神経細胞の軸索を、本来の中枢神経細胞に導いてシナプスを形成して信号を伝達することが必要とされる。本研究では視神経を切断された網膜神経節細胞を長期にわたって生存させ,さらに軸索を最盛させるための方法を検討した。

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  • 導電性高分子を用いたバイオ・シリコン融合素子に関する研究

    研究課題/領域番号：12838006  2000年 - 2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    内川 嘉樹, 大西 保志, 八木 透

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    配分額：2300000円 （ 直接経費：2300000円 ）

    半導体素子上に培養した神経細胞回路において問題となるのは、神経細胞と素子との親和性である。そこで本研究では、神経細胞と電極をつなぐインタフェースとして導電性高分子を使用し、生体との親和性を高めつつ、素子から神経細胞への信号伝達効率を下げないような、バイオ/シリコン融合素子の開発を目指す。導電性高分子は生体との親和性も高く、かつ導電性を持つことが特徴であるが、その加工方法には工夫を要する。導電性高分子の多くは、炭素-炭素共役二重結合がつながった分子構造をしているため、不融不溶であり、重合後に通常の高分子の熱加工方法などは適用できないと言う欠点を持っている。そこで本年度は、ポリビニルアルコールをマトリックスとする方法により、ポリピロールのマイクロパターン作製と、培養細胞を用いた生体適合性の評価を行なった。パターン作製には、酸化重合剤の光反応性を利用したフォトリソグラフィを用いた。その結果、マスクパターンの露光時間やピロールの重合時間を最適に設定すれば、最小線幅3μmのポリピロールパターンを作製できることが判明した。またポリピロール上に細胞を培養した結果、培養細胞は突起を伸展して成長し、4週間にわたって生存した。これらの結果より、電極アレイに適用可能な微小サイズまでポリピロールパターンを微小化できることが示された。またポリピロールは高い生体適合性を持つことが示された。

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  • 半導体素子上に培養した神経細胞の回路形成に関する研究

    研究課題/領域番号：12019229  1999年 - 2000年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究(A)

    八木 透, 時田 義人, 児玉 哲司

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    配分額：1900000円 （ 直接経費：1900000円 ）

    半導体素子上に神経細胞を培養し、その軸索伸長を人工的に制御して神経回路を形成させる技術について研究を行う。そして将来は「神経インタフェース」や「バイオチッブ」の開発へと発展させる計画である。これまでITO(indium tin oxide)や白金など、生体適合性が比較的高いといわれる金属材料を用いて作製した微小電極アレイ上に神経細胞を培養し、その軸索誘導を試みてきた。しかし電極アレイ上に細胞を直接培養しようとすると、細胞が培養途中で死滅してしまうため、ポリリジンや細胞外マトリクス分子で電極アレイ表面をコーティングする必要があった。しかしコーティングはインピーダンスを増加させるため、細胞への電気刺激ならびに細胞からの電気記録には好ましくない。したがって生体組織との適合性および導電性の低下を同時に解決する必要がある。そこで我々は、導電性高分子の一つであるポリピロールを材料とすることにより、高い生体適合性と導電性を持つ電極アレイが作製できると考えた。
    そこで本年度は、ポリピロールのマイクロパターン作製と、培養細胞を用いた生体適合性の評価を行なった。パターン作製には、酸化重合剤の光反応性を利用したフォトリソグラフィを用いた。その結果、マスクパターンの露光時間やピロールの重合時間を最適に設定すれば、最小線幅3μmのポリピロールパターンを作製できることが判明した。またポリピロール上に細胞を培養した結果、培養細胞は突起を伸展して成長し4週間にわたって生存した。これらの結果より、電極アレイに適用可能な微小サイズまでポリピロールパターンを微小化できることが示された。またポリピロールは高い生体適合性を持つことが示された。

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  • 半導体素子上に培養した神経細胞の回路形成に関する研究

    研究課題/領域番号：11132229  1999年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究(A)

    八木 透, 時田 義人, 児玉 哲司

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    配分額：2000000円 （ 直接経費：2000000円 ）

    神経回路を人工的に作る方法として、1)軸索伸長に関係する各種タンパク分子の濃度勾配を人工的に作る、2)生体組織に親和性の高い物質で基盤上にパターンを作る、3)電界をつくる、4)軸索が伸長しやすいような溝(ガイドウェイ)を培養ディッシュ底につくる、などが考えられる。これらのうち今回は3)に着目して、電界と軸索伸長について調べる。
    まず、電極周辺にどのような電界が形成されるかについてコンピュータシミュレーションを行った。シミュレーションでは、正極と負極に1.5Vの電圧を加え、ポアソン方程式と有限要素法を用いて電界を計算している。なお電極周囲はリンガー液で満たされているものとした。図1は、電極周辺に形成される電界分布を色の濃淡で示したグラフで、左から正負電極間距離が100、200、300μmの場合を示している。同図の上段は電極を断面方向から眺めた場合の電界分布、下段は上方から眺めた場合の電界分布のうち長軸方向の半分の分布を表示している。容易に推測されるように、電極近傍で高い電界強度が観測されている。また正負極間の距離を変更すると電界分布が大きく変化することがわかる。また基盤内部に電界が形成されていることがわかるが、これはクロストークの原因になる可能性があり、さらには電極と神経組織との信号伝達効率を低下させる可能性があると考えられる。
    次に、市販の多点電極ディッシュ(ガラス基盤上にフォトリソグラフィでITOを用いてパターン化し、ポリイミドでコーティングをしたもので、電極部分が金でめっきされている)の上に、成ラットの後根神経節から採取した神経細胞を培養し、任意の電極を正極と負極に選び、1.5Vの直流電圧を加えて形成した静電界において、神経細胞の軸索伸長を観察した。なお基盤上への神経細胞の接着を良くする目的で接着分子を塗布した(ポリリジン、コンカナバリン、コラーゲンの3種について実施)。負極に向けて神経突起の伸展が観察されるのではないかと予想したが、今回の実験条件ではそのような傾向は見られず、またコントロールとの比較においても特定方向への突起伸展は観察できなかった。今後は、電界条件を変更して突起伸長との関係を検討する。

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  • 神経細胞を用いた生体信号計測システム「神経プローブ」に関する研究

    研究課題/領域番号：11750367  1998年 - 2000年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  奨励研究(A)

    八木 透

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    配分額：2200000円 （ 直接経費：2200000円 ）

    半導体素子上に神経細胞を培養し、その軸索伸長を人工的に制御して神経回路を形成させる技術について研究を行う。これまでITO(indium tin oxide)や白金など、生体適合性が比較的高いといわれる金属材料を用いて作製した微小電極アレイ上に神経細胞を培養し、その軸索誘導を試みてきた。しかし電極アレイ上に細胞を直接培養しようとすると、細胞が培養途中で死滅してしまうため、ポリリジンや細胞外マトリクス分子で電極アレイ表面をコーティングする必要があった。しかしコーティングはインピーダンスを増加させるため、細胞への電気刺激ならびに細胞からの電気記録には好ましくない。したがって生体組織との適合性および導電性の低下を同時に解決する必要がある。そこで、導電性高分子の一つであるポリピロールを材料とすることにより、高い生体適合性と導電性を持つ電極アレイが作製できると考え、ポリピロールのマイクロパターン作製と、培養細胞を用いた生体適合性の評価を行なった。パターン作製には、酸化重合剤の光反応性を利用したフォトリソグラフィを用いた。その結果、マスクパターンの露光時間やピロールの重合時間を最適に設定すれば、最小線幅3μmのポリピロールパターンを作製できることが判明した。またポリピロール上に細胞を培養した結果、培養細胞は突起を伸展して成長し、4週間にわたって生存した。

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  • 培養細胞と半導体素子を用いたハイブリット型人工網膜に関する研究

    研究課題/領域番号：10145105  1998年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究(A)

    内川 嘉樹, 八木 透, 時田 義人, 児玉 哲司, 川瀬 和秀, 渡部 眞三

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    配分額：2000000円 （ 直接経費：2000000円 ）

    本研究では、培養神経細胞と光電素子を中心としたMEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)を組み合わせ、光覚回復を目的とした人工眼「ハイブリッド型人工網膜」の研究開発を行なっている。外部装置から光通信で送られたデータに基づき、埋め込んだ培養神経細胞を電気的に刺激する。なお末梢神経を用いて神経細胞と中枢の間を架橋することにより、その軸索を中枢へ導き、信号を伝達させようと考えている。従って提案する人工眼では、電極から培養神経細胞へ、さらに培養神経細胞から視覚中枢への伝達の安定的な再構成が、本質的な課題である。本年度は、「神経インターフェースの生体適合性と擬似神経パルスの評価」と、「外部装置から神経インターフェースへのデータ転送」について研究を行なった。
    1. 神経インターフェースの生体適合性と擬似神経パルスの評価
    動物の脳への電気刺激により、視覚野で生じる視覚誘発電位を測定した。まずは単一パルスに対する応答を記録した。パルス幅を数百μ秒から数ミリ秒まで、パルスの大きさを数μアンペアから数百μアンペアまで変化させ、電気刺激を行なったところ、パルス幅の変化よりもパルスの大きさの変化に視覚野の応答が影響されることが判明した。
    2. 外部装置から神経インターフェースへのデータ転送
    提案する人工網膜では、体外で取得した画像データ(アナログ信号)をデジタル信号へ符号化した後、光通信方式で神経インターフェースへ伝送し、神経インターフェース内の回路で擬似神経パルスを生成する必要がある。そこで赤外線LED、フォトダイオード、A/Dコンバータ、D/Aコンバータを用いて電子回路を作製し、通信の実験を行なった。その結果、比較的単純な回路でも十分にデータ転送が行なえることが判明した。

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  • 神経細胞培養技術を用いた体内埋め込み型人工網膜に関する研究

    研究課題/領域番号：08558097  1996年 - 1998年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    内川 嘉樹, 渡部 眞三, 八木 透, 児玉 哲司, 川瀬 和秀, 松島 俊也

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    配分額：16600000円 （ 直接経費：16600000円 ）

    本研究では、培養神経細胞と光電素子と中心としたMEMS(Micro-Electro-Mechanical System)を組み合わせ、光覚回復を目的とした体内埋め込み型人工網膜の研究開発を行なっている。外部装置から光通信で送られたデータに基づき、埋め込んだ培養神経細胞を電気的に刺激する。なお末梢神経を用いて神経細胞と中枢の間を架橋することにより、その軸索を中枢へ導き、信号を伝達させようと考えている。従って提案する人工網膜では、電極から培養神経細胞へ、さらに培養神経細胞から視覚中枢への信号伝達の安定的な再構成が、本質的な課題である。以上のようなハイブリッド型人工網膜を実現するために、我々のグループはこれまでに、次のようなテーマについて研究を行なった。
    ・刺激電極アレイの設計と作製
    ・電極周辺の電荷密度分布の解析
    ・電極上における神経細胞培養と軸索誘導
    ・末梢神経線維を用いた軸索誘導の動物実験
    人工網膜の研究開発は未だ黎明期にある。眼科学、エレクトロニクス、マイクロマシン、材料工学、情報通信工学、バイオテクノロジー、脳神経科学など、さまざまな研究領域が垣根を越え、多岐にわたる専門知識および高度な技術が必要な分野である。そして今後、多くの問題を解決しなければならず、実用化までには長い年月を要する。特に我々のハイブリッド型人工網膜の場合、電極アレイから培養神経細胞へ、さらには培養神経細胞から視覚中枢への信号伝達の安定的な再構成が本質的な課題である。前途多難な研究だが、社会的意義は大きく、今後とも実用化に向けて積極的に研究を展開する所存である。

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