| Project/Area Number |
22K14229
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyota College |
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Principal Investigator |
神永 真帆 豊田工業高等専門学校, 機械工学科, 助教 (20879986)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ３次元培養細胞 / マニピュレーション / エバネッセント光観察 / マイクロ流路 / 細胞マニピュレーション / 立体培養細胞 / マイクロ流路デバイス / 水圧アクチュエータ / 1分子観察 / BioMEMS |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，分子標的薬探索の精度向上のため，立体培養細胞の広範囲1分子観察を実現するマイクロ流路デバイスを開発する．観察範囲がスライドガラス近傍のみに限定されるエバネッセント光観察を用いて，立体培養細胞の全面を観察するためには，立体細胞を回転させる必要がある．そこで，力センシング機能を持つ水圧駆動アクチュエータで，細胞にダメージを与えずに，すり鉢状の流路にトラップした立体培養細胞を回転させる．角度を変更しながら複数の部位における蛍光画像を取得し，共焦点顕微鏡を用いて取得した画像と比較することで，細胞表面分子と候補分子の結合観察への有効性を確認する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，分子標的薬探索の精度向上のため，立体培養細胞の広範囲1分子観察を実現するマイクロ流路デバイスを開発する．観察範囲がスライドガラス近傍のみに限定されるエバネッセント光観察を用いて，立体培養細胞の全面を観察するためには，立体細胞を回転させる必要がある．そこで，力センシング機能を持つ水圧駆動アクチュエータで，すり鉢状の流路にトラップした立体培養細胞を回転させる．これまでの研究において，3Dプリンタを用いて作製した鋳型をPDMSで型取りすることで，すり鉢状の流路を作製することができた．また，バルーンアクチュエータを作製し，すり鉢状の流路の中にトラップした立体培養細胞の押し付けを実現できた.現状の問題として，デバイスの壁面に空気が侵入し,顕微鏡での観察が困難となっている.今後はデバイスの窪みを浅くすることで立体培養細胞の押し付け距離を延ばすことや,バルーンの膜に対して紫外線蛍光照射を行い空気の侵入を防ぐことにより，性能を向上させることを検討している.さらに水銀ランプによる蛍光観察を行い細胞の生死の観察を行う必要がある.
それらを実現したうえで，動作範囲および指定した回転角度との誤差，力センシング性能を評価する．立体培養細胞の一種であるスフェロイドの角度を変更し，複数の部位における蛍光画像を取得する．検出可能な細胞表面に結合している蛍光標識抗体の最低濃度について，共焦点顕微鏡を用いて取得した画像と比較する．さらに，２種類の蛍光標識抗体を用いて細胞表面分子と候補分子の結合観察への有効性を確認する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究において，3Dプリンタを用いて作製した鋳型をPDMSで型取りすることで，すり鉢状の流路を作製することができた．また，バルーンアクチュエータを作製し，すり鉢状の流路の中にトラップした立体培養細胞の押し付けを実現できた.鋳型を作製する際に，光造形タイプの3Dプリンタを採用したことから，未硬化レジンの残留によるPDMSの硬化不良が発生し，その解決のために想定よりも時間を要した．しかし，高耐熱のレジンを採用し，高温でPDMSを焼結することにより，硬化不良の問題を解決することができた．
現状の問題として，デバイスの壁面に空気が侵入し,顕微鏡での観察が困難となっている.そこで，今後はデバイスの窪みを浅くすることで立体培養細胞の押し付け距離を延ばすことや,バルーンの膜に対して紫外線蛍光照射を行い空気の侵入を防ぐことにより，性能を向上させることを検討している.
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞の回転と押し付けをどちらも空圧アクチュエータにより実現することを想定していたが，空圧アクチュエータによる細胞の回転は難しいことが分かった．そこで，今後は押し付け用のアクチュエータの改良に取り組むとともに，水流を用いた細胞の回転について検討を行う．初めに水流による立体培養細胞の回転角度制御を行うためのポンプ及びピペットを設計，製作する．設計では，45°ずつ回転させて配置した4つの軸に対して，±90°の回転を実現する．まず，必要な水圧と水流，配置を計算する．次に，それらを満たすポンプ及びピペットを作製する．その後，立体培養細胞の一種であるスフェロイドを回転させて，動作範囲および指定した回転角度との誤差を評価する．さらに，実際に広範囲エバネッセント光観察を行って画像を取得する，従来手法である共焦点顕微鏡を用いて取得した画像と比較する．
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