微細構造の集積を用いた細胞組織構築技術の創出とその応用

• Project/Area Number: 20J01820
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 上野 秀貴 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: Tissue engineering / マイクロチップ / 厚膜感光性材料 / マイクロ・ナノデバイス / BioMEMS / Lab on a Chip

Outline of Research at the Start

本研究では、微細構造を集積したフレキシブルなポーラス構造を用い、より本来の生体組織に類似した立体的な疑似細胞組織を作製する手法の構築を目的としている。フレキシブルなポーラス材料上に細胞を播種し、ポーラス材料の形状を変化させることで、複雑な形状を有した疑似細胞組織を作製する。疑似細胞組織を他の空間で利用するにはポーラス材上から剥離させる必要がある。そこで、集積した微細構造とポーラス構造により細胞の接着強度を適度な値に調節し、疑似細胞組織をポーラス材料から剥離させる。本手法では、平面的な細胞組織を立体形状に加工できるので、生体内の組織関門などを模した疑似細胞組織の作製に有用である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、微細構造を集積したフレキシブルなポーラス構造を用い、より本来の生体組織に類似した立体的な疑似細胞組織を作製する手法の構築を目的としている。研究項目は3つあり、それぞれ①フレキシブルなポーラス構造の作製、②フレキシブルなポーラス構造上への細胞播種および培養方法の検討、③回収した細胞組織の機能の評価である。
最終年度である本年度は、主に研究項目③の回収した細胞組織の機能の評価を行った。本実験では蛍光タンパク質を有するヒト脳腫瘍細胞U-87を用いた。回収した細胞組織の蛍光強度を取得することで、回収した細胞組織を構成する細胞が、細胞組織の形成と回収操作においてほぼ影響を受けていないことを示した。また、リファレンスとしてポーラスを有さない構造を作製した。同様の条件で細胞を播種・培養し回収を試みたが、ポーラスを有する構造からの回収と比較して回収率は低くなった。また、回収した細胞組織を構成する細胞の生存率を評価したところ、ポーラスを有する構造上で培養された細胞の生存率はより高い値となった。ポーラスの構造を用いることで、細胞培養中の代謝物質の交換がスムーズに行われ、細胞組織を構成する細胞の生存率が向上したと考えられる。本研究結果から、フレキシブルなポーラス構造はその構造上での細胞培養と構造上からの細胞組織の回収に有用であり、先行研究と比較して、タンパク質分解酵素など細胞に負荷のある薬剤を用いる必要がないので、神経細胞など脆弱な細胞に対しても適用できると考えられ、再生医療分野などへ応用できると期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 米国国立標準技術研究所(米国)
• [Journal Article] Novel Quick Cell Patterning Using Light-Responsive Gas-Generating Polymer and Fluorescence Microscope (2022)
  • Author(s): Ueno Hidetaka、Akagi Yoshinori、Yamamura Shohei
  • Journal Title: Micromachines Volume: 13 Issue: 2 Pages: 320-320
  • DOI: 10.3390/mi13020320
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective cell retrieval method using light-responsive gas-generating polymer-based microarrays (2022)
  • Author(s): Ueno Hidetaka、Akagi Yoshinori、Yamamura Shohei
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 22 Issue: 8 Pages: 1498-1507
  • DOI: 10.1039/d1lc01165k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell Culture on Low-Fluorescence and High-Resolution Photoresist (2020)
  • Author(s): Ueno Hidetaka、Maruo Katsuya、Inoue Masatoshi、Kotera Hidetoshi、Suzuki Takaaki
  • Journal Title: Micromachines Volume: 11 Issue: 6 Pages: 571-571
  • DOI: 10.3390/mi11060571
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Body-in-a-Cube: a microphysiological system for multi-tissue co-culture with near-physiological amounts of blood surrogate (2020)
  • Author(s): Chen Longyi、Yang Yang、Ueno Hidetaka、Esch Mandy B.
  • Journal Title: Microphysiological Systems Volume: 4 Pages: 1-1
  • DOI: 10.21037/mps-19-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 光応答性ガス発生ポリマーを用いた1細胞選択的回収技術 (2022)
  • Author(s): 上野 秀貴, 赤木 良則, 山村 昌平
  • Organizer: 第16回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 2段型マイクロチャンバーアレイチップを用いた1細胞培養技術 (2022)
  • Author(s): 上野 秀貴, 重藤 元, 飯塚 明, 秋山 靖人, 山村 昌平
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Cell retrieval method by using microscale scaffold of light-responsive gas-generating polymer (2021)
  • Author(s): Hidetaka Ueno, Yoshinori Akagi, Shohei Yamamura
  • Organizer: The 31st Anniversary World Congress on Biosensors
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Closed and Pumpless Platform for Co-culture in Minimalized Space (2020)
  • Author(s): Hidetaka Ueno , Yuri Aoki , Kenji Hanamura , Mai Yamamura , Tomoaki Shirao , Takaaki Suzuki
  • Organizer: The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • Int'l Joint Research