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細胞・生体分子の固定化と機能発現    
Immobilization of Cells and Biomolecules for Functional Fabrication
[コードNo.2018T075]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 黒田章夫
■体裁/ B5判 290ページ
■発行/ 2018年4月24日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 86,400円(税・送料込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1326-9

 
★生体物質の担体固定化技術を中心にまとめた本格指南書!!
★酵素、抗体や細胞、核酸にペプチドなど各種物質に最適な固定化手法から応用展開まで詳述!!
★各章の終わりに固定化実験の具体的な操作や条件を記載した「実験項」を掲載!!

キーワード

物理吸着法 / 架橋化法 / 包括法 / 自己組織化法 / 官能基 / カラム / アプタマー / リガンド / 自己組織化単分子膜 / タンパク質プローブ / デンドリマー / ナノニードル / バイオナノカプセル / バイオフィルム / 分子配向 / 酵素 / 補酵素 / 微生物 / ペプチド / 抗体 / 糖鎖 / DNA / 核酸 / セルロース / バイオセンサー / マイクロリアクター / 食品 / バイオ電池 / 再生医療 / 一分子イメージング / 簡易診断


刊行にあたって

 細胞・生体分子の固定化は、1960年代の固定化酵素の技術開発から始まり、1970年代に入り固定化微生物へと進化した。生体分子の固定化により繰り返し利用できること、また固定化による生体分子の安定化によって非水系でも利用できる等の利点から、これまで多くのバイオリアクターとして工業的に用いられてきた。固定化酵素と固定化微生物の工業利用は、いずれも我が国が世界にさきがけて工業化に成功したことが知られている。

 近年では、細胞及び生体分子の機能をさらに効率的に発現させるために、配向性を向上させた固定化技術や非共有結合による固定化によって活性を維持する技術、さらに複数の酵素を組み合わせた固定化技術などが開発され進化を続けている。また、バイオリアクターとしての利用に留まらず、例えばバイオセンサーとして用いるための酵素や抗体の固定化技術も開発されてきた。また、固定化される生物は、微生物から、より取り扱いの難しい動物細胞へと進化しており、医療への応用が考えられている。

 一方、固定化される担体や材料からみた場合、その表面が修飾されることで新たな機能が付与される。例えば、バイオ分子の特異性を利用した吸着体として機能したり、ハイブリッドな性質を持つ生体融合材料が誕生したりする。また固定化する際に生体分子を蛍光で修飾しておけば、材料の動態を解析するツールとして利用することもできる。固定化される生体分子も機能ペプチドやDNA、さらには膜など多岐に渡り、様々な応用が考えられている。

 本書では、本分野の第一線の研究者により、細胞・生体分子の固定化と機能発現に関して執筆頂いている。第1編では酵素・抗体の固定化、第2編では細胞の固定化、第3編では核酸やペプチドなどの生体物質の固定化を中心に、技術的な進展や固定化した場合の機能発現について執筆頂いている。また本書の特徴として、近年の研究開発により可能になった細胞・生体分子の固定化技術の具体的な操作手順や実験条件、素材、器具の情報を含めて記載頂いている。本書が様々な機関において固定化操作を実際に試す一助となることにより、本分野が益々発展することを期待している。

黒田章夫
「はじめに」より一部抜粋

著者一覧

黒田章夫広島大学
宇野重康立命館大学
河原翔梧立命館大学
藤本拓也立命館大学
平川秀彦東京大学(現在 筑波大学)
松本拓也神戸大学
田中勉神戸大学
高辻義行九州工業大学
春山哲也九州工業大学
高原茉莉北九州工業高等専門学校
神谷典穂九州大学
今中洋行岡山大学
伊藤敏幸鳥取大学
李仁榮東京農工大学
早出広司ノースカロライナ大学
松浦俊一産業技術総合研究所
池田丈広島大学
清田雄平北海道大学
山口浩東海大学
宮崎真佐也北海道大学;産業技術総合研究所
重藤元産業技術総合研究所
舟橋久景広島大学
中村史産業技術総合研究所
飯嶋益巳大阪大学(現在 東京農業大学)
黒田俊一大阪大学
金美海大阪大学
足立収生山口大学
松下一信山口大学
堀克敏名古屋大学
柿木佐知朗関西大学
山岡哲二国立循環器病研究センター
木野邦器早稲田大学
古屋俊樹東京理科大学
加納健司京都大学
民谷栄一大阪大学
上野絹子東京農工大学
池袋一典東京農工大学
蟹江慧名古屋大学
加藤竜司名古屋大学
本多裕之名古屋大学
小路久敬東レ・メディカル(株)
飯塚怜東京大学
船津高志東京大学
新地浩之鹿児島大学
若尾雅広鹿児島大学
隅田泰生鹿児島大学
田口哲志物質・材料研究機構
田畑美幸東京医科医歯科大学
宮原裕二東京医科医歯科大学
近藤敏啓お茶の水女子大学
佐藤縁産業技術総合研究所
魚崎浩平物質・材料研究機構
石田丈典広島大学

目 次

【第1編 酵素、抗体の固定化と機能発現】
第1章紙ベースの酵素固定化とバイオケミカルセンサー
1はじめに
2ペーパーバイオケミカルセンサーと酵素固定化
3溶液中グルコース測定用ペーパーバイオケミカルセンサー
4気体中エタノール測定用ペーパーバイオケミカルセンサー
5まとめ
第2章ヘテロ三量体タンパク質を利用したシトクロムP450モノオキシゲナーゼの効果的固定化
1はじめに
2Sulfolobus solfataricus由来核内増殖抗原を利用した担体固定のコンセプト
3融合タンパク質の構築
4タンパク質の発現・精製
5固定化PUPPETの調製
6固定化PUPPETの活性評価
7おわりに
第3章Sortase Aを用いたタンパク質配向固定化技術の開発
1はじめに
2酵素を用いたタンパク質固定化法
3Sortase Aとは
4Sortase Aを用いたタンパク質修飾技術
5Sortase Aを用いたタンパク質配向固定化技術
6おわりに
第4章電気化学反応や自己組織化による分子固定化技術と応用:ペプチドからタンパク質分子まで
1はじめに
2電気化学反応を利用した分子固定化法(EC tag法)
2.1ペプチドタグ
2.2EC tagによる分子の電解固定化1:ペプチドの固定化
2.3EC tagによる分子の電解固定化1:タンパク質分子の固定化
3自己組織化タンパク質を分子キャリアとするタンパク質分子固定化法(HFBドロップスタンプ法)
3.1HFBを分子キャリアとして利用した酵素の揺動固定化による固定化酵素の活性向上
第5章セルロース結合性アプタマーを用いた人工セルラーゼの設計
1はじめに
2セルロース結合性DNAの性質及び配列設計
3微生物由来トランスグルタミナーゼ(MTG)を用いた人工セルラーゼの合成
4人工セルラーゼと天然セルラーゼの比較
5おわりに
第6章クッションタンパク質を用いたリガンド分子固定化法の開発と利用
1はじめに
2リガンド生体分子の固体表面への固定化方法
3リガンド分子デザインとクッションタンパク質の利用
4各種クッションタンパク質を用いたリガンド生体分子の機能的固定化
4.1RNaseHII(HII)
4.2CutA1(Cut)
5おわりに
第7章イオン液体溶媒による固定化リパーゼの繰り返し利用システム
1はじめに
2イオン液体を溶媒とするリパーゼ触媒不斉シアル化反応
3減圧条件を使用するリパーゼ繰り返し利用システム
4イオン液体のデザインによるリパーゼ繰り返し使用システムの構築
5イオン液体コーティング酵素の開発と繰り返し使用システム
6おわりに
第8章グルコースデヒドロゲナーゼの固定化と電気化学センサー〜自己組織化単分子膜による直接電子移動型FAD依存型グルコース脱水素酵素の固定化〜
1緒論
2実験内容
3まとめ
第9章Si-tagを用いた酵素の固定化と利用
1はじめに
2シリカ結合タンパク質「Si-tag」を接着分子としたタンパク質固定化
3Si-tagを用いたプロテアーゼの固定化による材料表面の抗バイオフィルム化
4Si-tagを用いたメソポーラスシリカへの複数酵素集積化による効率的物質生産
5おわりに
第10章酵素の安定性を向上させる固定化技術の開発とマイクロリアクターへの応用
1はじめに
2担体表面への酵素の固定化法による酵素の安定化
3グルタルアルデヒドおよびパラホルムアルデヒドによるマイクロ流路への酵素固定化
4Poly-L-Lysineを用いたマイクロ流路への酵素固定化
5酵素固定化法のマイクロリアクターへの応用
6まとめ
第11章インスリン検出用タンパク質プローブを細胞膜表面に固定したセンサー細胞の開発
1はじめに
2インスリン挙動解析の意義
3ホモジニアスアッセイ用プローブの開発
4タンパク質プローブを細胞膜表面に固定したセンサー細胞の開発
5インスリンセンサー細胞を用いた単一細胞レベルのインスリン分泌応答モニタリング
6おわりに
第12章抗体を固定したナノニードルによる細胞解析と細胞分離
1はじめに
2抗体修飾ナノニードルによる骨格タンパク質の検出
3抗体修飾ナノニードルアレイによる細胞の機械的分離
4おわりに
第13章バイオナノカプセル足場分子を用いた抗体の精密整列固定化とバイオセンシング技術への応用
1はじめに
2バイオナノカプセル
3液相中ZZ-BNCを用いた抗体の精密整列固定化およびバイオセンシングの高感度化
3.1酵素標識免疫測定法
3.1.1直接法
3.1.2サンドイッチ法
3.2多重蛍光免疫測定法(IRODORI法)
4固相上ZZ-BNCを用いた抗体の精密整列固定化およびバイオセンシングの高感度化
4.1水晶発振子微量天秤法
4.2表面プラズモン共鳴法
5固相上ZZ-BNCを用いたFc融合受容体の精密整列固定化およびバイオセンシングの高感度化
6おわりに
【第2編 細胞の固定化と機能発現】
第14章細胞挙動を操作するデンドリマー培養面の設計に基づく細胞機能の制御
1はじめに
2細胞挙動を操作する細胞外環境場の設計
3細胞の挙動を変えるデンドリマー培養面の設計
4幹細胞の挙動操作に基づく未分化/分化誘導の制御
4.1未分化維持
4.2分化方向性の制御
5細胞・組織などの反応場の設計概念
6おわりに
第15章固定化酢酸菌触媒の産業への応用
1はじめに
2固定化酢酸菌による食酢の製造
3アルギン酸カルシウムゲルを担体とした固定化酢酸菌による食酢製造
4酢酸菌の固定化触媒によるキナ酸の酸化と有用物質の生産
5固定化酢酸菌による新規な酸化糖の製造
6固定化酢酸菌を利用した食品の不快臭の低減
第16章微生物ナノファイバーを用いた可逆的な微生物細胞固定化技術
1はじめに
2従来の微生物細胞固定化技術と問題点
3高付着性微生物Acinetobacter属細菌Tol 5株と接着ナノファイバータンパク質AtaA
4AtaAの特性
5AtaAによる微生物固定化法の革新
6おわりに
第17章リガンドペプチドのシングルステップ固定化技術の開発とバイオアクティブ医療機器への展開
1はじめに
2リガンドペプチド固定化界面の設計指針
3ECMタンパク質や細胞増殖因子に含まれるリガンド配列
4バイオアクティブ化の対象となる医療機器基材
5医療基材へのリガンドペプチドのシングルステップ固定化技術
6まとめ
第18章固定化微生物・酵素を用いた有用物質生産法の技術開発
1はじめに
2微生物・酵素を利用したバニリン生産
3補酵素非依存型酵素を利用したバニリン生産
4固定化酵素を利用したバニリン生産
5固定化微生物を利用したバニリン生産
6おわりに
第19章酵素バイオ電池の基礎技術と新展開
1生物の持つエネルギー変換機能
2酵素機能電極反応
3MET型酵素機能電極
4DET型酵素機能電極反応
5バイオ電池の現状
【第3編 生体物質の固定化と機能発現】
第20章プリンタブル電気化学バイオセンサーの開発
1はじめに
2プリンタブル電極を用いたモバイルバイオセンサー
3酵素の固定化と酵素センサーの特製評価
4プリンタブル電極を用いた酵素センサー
5プリンタブル電極を用いた遺伝子センサー、免疫センサーへの応用
6さいごに
第21章DNAアプタマーの固定化とセンサーへの利用
1はじめに
2アプタマーの固定化法
2.1吸着法
2.2包括法
2.3共有結合法
2.3.1Au-S結合の利用
2.3.2アミノ基を利用した共有結合形成
2.3.3シリコン、ガラス表面への固定化
2.3.4相補鎖を利用した固定化
3固定化アプタマーの様々な応用
3.1コレステロール標識アプタマー
3.2アプタマーを利用した酵素等の固定化
3.3DNAプローブとハイブリダイゼーションさせた固定化アプタマーを利用したstrand displacement assay
3.4アプタマーの構造変化を利用したBound/ Free separation
第22章ペプチドアレイを用いた新規機能性ペプチドの探索
1はじめに〜ペプチドアレイの可能性〜
2細胞死誘導ペプチド探索
3細胞接着ペプチド探索
4細胞増殖・分化誘導ペプチド探索
5細胞内機能性ペプチド探索
6まとめ
第23章エンドトキシン吸着体の固定化と血液吸着療法
1はじめに
2海外で開発されたエンドトキシン吸着カラム
2.1Alteco® LPS Adsorber
2.2Toxipak®
2.3Desepta®-LPS
3ポリミキシンB固定化繊維カラム(トレミキシン®)の設計
3.1吸着材担体の設計
3.2リガンドとしてのポリミキシンB
3.3吸着材担体へのポリミキシンBの固定化制御
4ポリミキシンB固定化繊維および血液吸着カラムの性能評価
4.1種類の異なるLPSに対する吸着性能
4.2ポリミキシンB固定化繊維カラムの灌流吸着性能
5トレミキシン®カラムの臨床効果
5.1臨床使用での血中エンドトキシンレベルの低下
5.2臓器不全の改善
5.3生存率の改善
6おわりに
第24章固定化リボソームを用いたタンパク質合成の一分子イメージング
1はじめに
2リボソームの構造・固定化
2.1rRNAのビオチン化
2.2リボソームタンパク質のビオチン化
3固定化リボソームを用いたタンパク質合成の一分子イメージング
3.1Tethered particle motion法によるタンパク質合成の一分子イメージング
3.2リボソームディスプレイによるタンパク質合成の一分子イメージング
3.3光ピンセットを利用したタンパク質合成の一分子イメージング
4おわりに
第25章糖鎖固定化蛍光性ナノ粒子の開発とその利用
1はじめに
2糖鎖を蛍光性ナノ粒子に固定化する方法
3糖鎖結合性タンパク質との相互作用解析
4ギラン・バレー症候群簡易検査診断法への応用
5おわりに
第26章血管内皮細胞増殖因子固定化ニッケルフリー高窒素ステンレス鋼
1はじめに
2血管内皮細胞増殖因子固定化ニッケルフリー高窒素鋼の調製
3血管内皮細胞増殖因子固定化ニッケルフリー高窒素鋼の生物学的活性評価
4おわりに
第27章バイオトランジスタ界面への生体分子固定化技術と機能解析
1はじめに
2バイオトランジスタ界面への生体分子固定化技術
2.1シランカップリング
2.2チオール系自己組織化膜
2.3その他
3バイオトランジスタによる生体分子機能解析
3.1シアル酸定量トランジスタ
3.2トランスポーター活性評価トランジスタ
3.3浮遊細胞機能解析トランジスタ
4おわりに
第28章自己組織化単分子層の構築と固体表面への機能付与
1はじめに
2光誘起電子移動機能の付与
3糖鎖部位を有するSAMを利用した機能付与
4非特異吸着抑制能の重要性とSAM
5おわりに
第29章アスベスト結合ペプチドによる標識化とライブセルイメージングによる毒性解析への展開
1はじめに
2アスベストの問題
3アスベスト結合ペプチドと蛍光プローブ
3.1無機物質に結合するペプチドの研究
3.2細胞内タンパク質から無機結合タンパク質/ペプチドを選択する
3.3アスベスト蛍光プローブを使った新しい検査方法
4アスベストの細胞毒性における未解明な問題
5アスベスト蛍光プローブを用いたライブセルイメージングと毒性解析
6おわりに



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