細胞間相互作用の解明に向けたマイクロ流体プローブ集積型アッセイツールの構築

• Project Area: From molecules, cells to organs : trans-hierarchical logic for higher-order pattern and structures
• Project/Area Number: 25127716
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 木村 啓志 東海大学, 工学部, 講師 (40533625)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2013: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: マイクロ流体システム / マイクロ流体プローブ / 細胞アッセイ / 流体シミュレーション / マイクロ流体デバイス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、細胞間相互作用に代表される細胞集団のコミュニケーションによる秩序形成ロジックの解明に向けた新規のアッセイツールとして、細胞集団の任意の微小領域の細胞のみに局所的な液性刺激操作が可能なマイクロ流体プローブ機能を集積化し、細胞間相互作用に伴う振る舞いを観察可能な細胞アッセイシステムの構築を目的とした。前年度までにマイクロ流体プローブ集積型デバイスを構築し、細胞集団に対して単一細胞スケールでの液性刺激が実現可能なことを有限要素法による流体シミュレーションや蛍光色素を用いた流体操作実験により実証した。平成26年度は、主に細胞を用いた本デバイスの応用検討を実施した。具体的には、流路内の任意の部位の細胞を回収し生化学的な解析を実施するために、本デバイスの技術を活用して、トリプシン溶液の濃度を部位局所的に制御することで任意の部位の細胞のみをマイクロ流路内から回収することに成功した。また、細胞間相互作用の可視化に向けて、細胞内カルシウム濃度変化をFRET（Fluorescence Reasonance Energy Transfer）で観察可能な細胞株を樹立し、デバイス内への導入が完了した。この実験系を用いて、細胞間のカルシウム濃度変化の観察実験にも着手することができた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An On-chip Small Intestine-Liver Model for Pharmacokinetic Studies (2015)
  • Author(s): H. Kimura, T. Ikeda, H. Nakayama, Y. Sakai, T. Fujii
  • Journal Title: Journal of Laboratory Automations Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 265-273
  • DOI: 10.1177/2211068214557812
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 高分解能液性刺激に向けたマイクロ流体デバイス (2015)
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹，新井健太，樺山一哉，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 東海大学マイクロ・ナノ啓発会[Tμne]第4回学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-02-26
• [Presentation] 単一細胞スケールでの液性刺激を実現するマイクロ流体プローブ集積型デバイス (2015)
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹、新井健太，樺山一哉，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 定量生物学の会第七回年会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県春日市）
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [Presentation] マイクロデバイスの医療・生命科学分野への応用 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 東海大学産学連携フォーラム2014
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-04
  • Invited
• [Presentation] Pinpoint Chemical Stimulation at a Single-cell Scale by Microfluidic Technology (2014)
  • Author(s): M. Horayama, T. Ohkubo, K. Arai, K. Kabayama, T. Fujii, H. Kimura
  • Organizer: Micro-Nano Mechatronics and Human Science 2014
  • Place of Presentation: Nagoya University (Aichi, Japan)
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-12
• [Presentation] Pinpoint Chemical Stimulation Control by an Integrated Microfluidic Probe for Cell-based Assay (2014)
  • Author(s): M. Horayama, T. Ohkubo, K. Arai, K. Kabayama, T. Fujii, H. Kimura
  • Organizer: μTAS2014
  • Place of Presentation: Gonzalez Convention Center (Texas, USA)
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-31
• [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いたバイオ環境操作 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 表面技術協会関東支部第88回講演会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-10-24
  • Invited
• [Presentation] 一細胞スケールでの液性刺激を実現するマイクロ流体デバイス (2014)
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹，新井健太，樺山一哉，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 日本機会学会第6回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [Presentation] マイクロ流体制御による一細胞スケールでの液性刺激 (2014)
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹，新井健太，樺山一哉，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 2014年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 鳥取大学（鳥取県鳥取市）
  • Year and Date: 2014-09-16 – 2014-09-18
• [Presentation] 微小空間を巧みに制御するマイクロ流体デバイスの挑戦 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 第33回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-12
  • Invited
• [Presentation] マイクロ流体プローブ集積型デバイスによる一細胞刺激 (2014)
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹，新井健太，樺山一哉，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 海大学マイクロ・ナノ啓発会[Tμne]第3回学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2014-07-24
• [Presentation] 微細加工技術で作製するマイクロ流体デバイスの基礎と応用 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 東海大学マイクロ・ナノ啓発会[Tμne]第3回学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2014-07-24
  • Invited
• [Presentation] マイクロ流体デバイスのバイオ応用 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 理研セミナー
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • Year and Date: 2014-04-09
  • Invited
• [Presentation] 着床前胚を取り扱うマイクロ流体デバイス技術 (2014)
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: ほ乳類着床前胚の定量生物学
  • Place of Presentation: 東京大学駒場リサーチキャンパス
  • Invited
• [Presentation] 細胞アッセイのためのマイクロ流体プローブ集積型デバイス (2014)
  • Author(s): 洞山正幸，新井健太，樺山一哉，大久保智樹，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 日本機械学会IIP2014情報・知能・精密部門講演会
  • Place of Presentation: 東洋大学白山キャンパス
• [Presentation] 細胞アッセイのためのマイクロ流体プローブ集積型デバイス (2013)
  • Author(s): 洞山正幸，新井健太，樺山一哉，大久保智樹，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 第５回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
• [Presentation] 細胞アッセイのためのマイクロプローブ集積型デバイスの開発
  • Author(s): 洞山正幸，大久保智樹，藤井輝夫，木村啓志
  • Organizer: 東海大学マイクロ・ナノ啓発会 第1回学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いた細胞外環境操作
  • Author(s): 木村啓志
  • Organizer: 電気化学会関東支部2013年関東支部セミナー
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Invited
• [Remarks] 木村啓志ゼミナール
  • URL: http://www.mech.u-tokai.ac.jp/laboratory/011.html
• [Remarks] 東海大学工学部機械工学科研究室紹介（木村啓志ゼミナール）
  • URL: http://www.mech.u-tokai.ac.jp/laboratory/011.html