Development of theree-dimentional cell culture chip for drug screening

• Project/Area Number: 24350037
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: YOSHIMOTO Keitaro 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (60392172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TAKAHASHI Shuji 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90447318) ; TOMITA Shunsuke 独立行政法人産業総合技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 研究員 (50726817)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2014: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2013: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2012: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 幹細胞 / マイクロパタン / 三次元培養 / 分泌液 / secretome / 合成高分子 / 酵素 / 分化 / 細胞チップ / マイクロ / 判別分析 / 高分子 / ポリｲｵﾝコンプレックス / バイオセンサー / 肝毒性評価 / 創薬 / バイオ界面

Outline of Final Research Achievements

The effects of three-dimensional environment in culture for ADSCs were researched on microfabricated surface. We successfully accomplished the 3-D construction of ADSCs (ADSC spheroid) with high viability and differentiate the ADSC spheroid into osteoblasts efficiently. The Live/Dead staining assay revealed that cells in the ADSC spheroid maintained high viability for at least 28 days in culture. After the additional cultivation of ADSC spheroid in osteogenic differentiation medium for 14 days, the ADSC spheroids were characterized the extent of differentiation by specific staining for osteoblasts and RT-PCR. We have also applied a PIC sensor array to recognize “secretomic signatures” of　culture supernatants for markerless and noninvasive identification of differentiated MSCs using only a standard microplate reader. Theseis technology and the findings in this study could provide an interesting new approach to the construction of bone tissues for regenerative medicine.

Research Products

• [Journal Article] Enzymatic fingerprinting of structurally similar homologous proteins using polyion complex library constructed by tuning PEGylated polyamine functionalitiesion (2014)
  • Author(s): Tomita, S., Soejima, T., Shiraki, K., Yoshimoto, K.
  • Journal Title: Analyst Volume: 139(23) Issue: 23 Pages: 6100-6103
  • DOI: 10.1039/c4an01398k
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Polyion complex libraries possessing naturally occurring differentiation for pattern-based protein discrimination. (2013)
  • Author(s): Shunsuke Tomita, Keitaro Yoshimoto
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 88 Pages: 10430-10432
  • DOI: 10.1039/c3cc45640d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term survival and functional maintenance of hepatocytes by using a microfabricated cellarray (2012)
  • Author(s): Ikeda, Y., Jomura, T., Horiuchi, U., Saeki, J., Yoshimoto. K. Ikeya, T., Nagasaki, Y.,
  • Journal Title: Colloids and Surfaces B : Biointerfaces Volume: 97 Pages: 97-100
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Cell-based analysis and cell diagnostics using polymer chemistry (2014)
  • Author(s): 吉本 敬太郎
  • Organizer: 日本分析化学会第６３年会 第１回アジア分析科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県広島市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [Presentation] 規則性多孔体を利用した酵素利用技術の開発 (2014)
  • Author(s): 吉本 敬太郎
  • Organizer: 平成２６年度 東日本分析若手交流会
  • Place of Presentation: 鶴岡メタボロームクラスター レクチャーホール（山形県鶴岡市）
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-12
• [Presentation] 高分子界面を用いる生体機能制御 (2014)
  • Author(s): 吉本 敬太郎
  • Organizer: 第47回研究会：主題バイオマテリアル
  • Place of Presentation: 京都大学東京品川オフィス（東京都港区）
  • Year and Date: 2014-06-04
• [Presentation] 直交型四重極電極を用いた誘電泳動による迅速な細胞凝集体の作製 (2014)
  • Author(s): 守島 麻、 安川 智之、 吉本 敬太郎、 水谷文雄
  • Organizer: 第74回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 日本大学工学部（福島県郡山市）
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25
• [Presentation] 三次元化脂肪幹細胞の機能評価：マイクロパタン培養が創傷治療関連遺伝子に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 古旗 祐一、 吉本 敬太郎
  • Organizer: 第74回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 日本大学工学部（福島県郡山市）
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25
• [Presentation] 3D Microenvironmental Regulation of Cultured Cell Using Micropatterned Techniques (2013)
  • Author(s): Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: ICBS2013
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城)
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] マイクロパタンを用いる脂肪幹細胞の三次元化：骨芽細胞スフェロイドチップの構築 (2013)
  • Author(s): 菊池有夏、吉本敬太郎
  • Organizer: 日本分析化学会第73回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学、北海道函館市
• [Presentation] 酵素/PEG化高分子電解質複合体ライブラリを用いるパターン認識に基づく血漿タンパク質センシング法の開発 (2013)
  • Author(s): 冨田峻介、吉本敬太郎
  • Organizer: 日本分析化学会第73回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学、北海道函館市
• [Presentation] パターン認識に基づく酵素/荷電性ブロックコポリマー複合体ライブラリ―を利用する血漿タンパク質判別法の開発 (2013)
  • Author(s): 冨田峻介、吉本敬太郎
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん分化会館, 鳥取県鳥取市
• [Presentation] Upregulation of Differentiation Efficiency Using 3D Cell Culture Microenvironment Constructed by Adhesion-Controlled Micro-Patterned Surface (2013)
  • Author(s): Yuka Kikuchi, Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: The 4th Asian Biomaterial Congress
  • Place of Presentation: The Hong Kong University, Hong Kong, CHINA
• [Presentation] Enzyme/PEGylated polyelectrolyte complexes: Novel receptor library based on naturally occurring differentiation for plasma protein identification (2013)
  • Author(s): Shunsuke Tomita, Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: The 4th Asian Biomaterial Congress
  • Place of Presentation: The Hong Kong University, Hong Kong, CHINA
• [Presentation] Polyion complexes as a novel receptor library for a pattern recognition based protein discrimination (2013)
  • Author(s): Shunsuke Tomita, Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: RSC-TIC2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ、千葉県千葉市
• [Presentation] 酵素/高分子電解質複合体ライブラリアレイを用いるタンパク質の交差反応型蛍光センシング法の開発 (2013)
  • Author(s): 横山沙樹、冨田峻介、吉本敬太郎
  • Organizer: 日本分析化学会第６２年会
  • Place of Presentation: 近畿大学、大阪府東大阪市
• [Presentation] PEG 修飾マイクロパタン表面における脂肪幹細胞の高機能化 (2013)
  • Author(s): 菊池有夏、高橋秀治、吉本敬太郎
  • Organizer: 第６２回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学、石川県金沢市
• [Presentation] マイクロパタンスフェロイド培養法を用いる脂肪幹細胞の高機能化：未分化状態および骨芽細胞分化時における三次元培養環境の効果／Spheroid Culture Using Micro-patterned Surface Leads to Upregulation of Cellar Functions in Adipose Derived Stem Cell on Differentiated and Undifferentiated State (2013)
  • Author(s): 菊池有夏、鈴木秀幸、佐藤守俊、高橋秀治、吉本敬太郎
  • Organizer: SCE2013 第33回キャピラリー電気泳動シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学、東京都文京区・日本女子大学、東京都文京区
• [Presentation] 酵素/PEG化高分子電解質複合体ライブラリを利用するパターン認識に基づくタンパク質判別法 (2013)
  • Author(s): 冨田峻介、吉本敬太郎
  • Organizer: 第23回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念館、神奈川県横浜市
• [Presentation] 酵素/高分子電解質複合体ライブラリアレイを用いるタンパク質の交差反応型蛍光センシング (2013)
  • Author(s): 横山沙樹、冨田峻介、吉本敬太郎
  • Organizer: 第23回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念館、神奈川県横浜市
• [Presentation] マイクロパタン表面を用いた脂防幹細胞の三次元培養法 : 幹細胞性と分化効率への影響 (2012)
  • Author(s): Y., Kikuchi, H., Suzuki, M., Sato, S., Takahashi, K., Yoshimto.
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会シンポジウム2012
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城)
  • Year and Date: 2012-11-26
• [Presentation] Upregulation of Cellar Function Using 3D Cell Culture Microenvironment Constructed by Adhesion-Controlled Micro-Patterned Surface (2012)
  • Author(s): Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: ソフトインターフェース SISYS2012
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所(つくば市)(依頼講演)
  • Year and Date: 2012-11-22
• [Presentation] マイクロパタンを用いた脂肪幹細胞の三次元化および機能解析 (2012)
  • Author(s): Y., Kikuchi, H., Suzuki, M., Sato, S., Takahashi, K, Yoshimoto.
  • Organizer: 第64回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫)
  • Year and Date: 2012-10-25
• [Presentation] Effect of 3D Cell Culture Environment using Hydrogel Micro-Patterned Surface on Cell Differentiation (2012)
  • Author(s): Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: IUMRS-ICEM 2012
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)(依頼講演)
  • Year and Date: 2012-09-27
• [Presentation] 3D CULTURE SYSTEM ON A MICRO PATTERNED SURFACE FOR MPROVED DIFFERENTIATION CAPABILITIES OF ADIPOSE DERIVED STEM CELLS (2012)
  • Author(s): Y., Kikuchi, H., Suzuki, M., Sato, S., Takahashi. and K., Yoshimoto,
  • Organizer: RSC Tokyo International Conference
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉)
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] 3D Cell Co-culture System on Hydrogel Micro-Patterned Surface Fabricated by Photolithography (2012)
  • Author(s): K., Yoshimoto, R., Kojima, E., Takahashi, M., Ichino, H., Miyoshi, and Yukio Nagasaki
  • Organizer: International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST)
  • Place of Presentation: 千葉大学(千葉)(依頼講演)
  • Year and Date: 2012-06-27
• [Presentation] 3-D construction of adipose derived stem cells cultured on a microfabricated surface : effects on stemness and differentiation
  • Author(s): 菊池有夏、吉本敬太郎
  • Organizer: 東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター、東京都文京区
• [Presentation] Enzyme/PEGylated polyelectrolte complexes library for pattern-based protein discrimination
  • Author(s): Shunsuke Tomita, Keitaro Yoshimoto
  • Organizer: 東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター、東京都文京区
• [Presentation] 非天然型三次元ニッチ形式に基づく脂肪幹細胞の機能制御に関する研究
  • Author(s): 吉本敬太郎
  • Organizer: 再生医学・再生医療の先端融合的共同研究拠点
  • Place of Presentation: 京都大学再生医科学研究所、京都府京都市
• [Book] 生物工学会誌 (2015)
  • Author(s): 冨田峻介, 吉本敬太郎
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 生物工学会