Development of sustainable liquid interfacial culture system and its medical applications
| Project/Area Number |
23K17481
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中西 淳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, グループリーダー (60360608)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 翔太 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 研究員 (10785075)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
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| Keywords | メカノバイオロジー / 液々界面 / 細胞培養 / SDGs / がん / サステイナビリティ / 間葉系幹細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，通常のプラスチック製の培養皿の代わりに「液体」を足場に用いる革新的な培養技術を開拓する。我々のこれまでの研究では，液体として地球温暖化係数の高いパーフルオロカーボンを使用していたが，本研究ではSDGsに即した新たな液体材料を探索し，液々界面培養技術のサステイナブル化を図る．また見出された液体を用いた癌治療技術の開発に取り組む．
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は通常細胞培養に用いられるプラスチック培養皿の代わりに，水と二相分離する疎水性液体の界面で細胞培養を行う技術の開発に取り組んでいる。本研究では，これまで疎水性液体として用いてきたパーフルオロカーボンの環境負荷が大きいことを踏まえ， SDGsに即した新たな疎水性液体の探索を行う。さらに培養モダリティの拡張や，液体界面で培養した間葉系幹細胞を用いたがん治療技術の開発に取り組み本培養技術の有用性を実証することを目指している。初年度は，疎水性液体としてシリコーン液体の検討から着手した。水より比重の大きいシリコーンの中から細胞の蛍光観察に適した屈折率を有する4種類を対象とした。エマルション形成により培地中のシリコーンを過飽和状態にした上で，MTSアッセイによりイヌ尿細管上皮由来MDCK細胞に対する毒性試験を行った。どのシリコーンも非添加の場合よりは若干生存・増殖率は落ちるものの，顕著な細胞毒性は示さなかった。そこで粘性が顕著に異なる2種類のシリコーンに絞り，界面にフィブロネクチンコートしたのちに，Lifeact-GFP恒常発現MDCK細胞の培養を行った。その結果，粘性の高いシリコーンの上でより安定に細胞が接着することを見出し，パーフルオロカーボンに代わる新しい疎水性液体候補を特定できた。次に，より高度なサステイナビリティを目指し，一度培養に使用した液体を循環利用についても検討した。この観点では，不揮発性のイオン液体は乾熱処理による滅菌作用が可能である。毒性スクリーニングと機械学習を利用することで，これまでの初期スクリーニングでは見逃されていたアンモニウム型のイオン液体も細胞培養足場となることをつきとめ，さらに乾熱滅菌による再利用可能なことを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
パーフルオロカーボンに代わるSDGsに即した新たな疎水性液体候補として有用なシリコーンを見出すことができ，しかもその粘性が細胞接着に与える影響も明らかにすることができた。さらに，より高度なサステイナビリティの観点で，アンモニウム系のイオン液体が細胞足場として循環有用可能であることを実証し，これは当初の計画よりも一歩進んだ大きな成果といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に見出した2種類の疎水性液体（シリコーンとアンモニウム系イオン液体）を用いた分散培養による培養効率の向上や，それら界面で培養した細胞の遺伝子発現や抗がん活性についての検討を進め，本技術の医療応用の可能性を探究する。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
