2012 Fiscal Year Annual Research Report
High speed cell assembly using microfluidics
| Project Area | Hyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation |
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| Project/Area Number |
23106007
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
関 実 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80206622)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 真澄 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30546784)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオアセンブラ / マイクロフルイディクス / 再生医工学 / 細胞培養 / バイオプロセス / 細胞分離 / マイクロ・ナノデバイス / ハイドロゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに開発した、マイクロフルイディクスを利用した細胞包埋ハイドロゲル材料の作製プロセスについて、その改良および応用を行った。たとえば、断面異方性ゲル材料の応用として、癌細胞および正常細胞を高密度に配列化して培養することによって、生体組織を模倣した環境における癌細胞の浸潤評価系の応用を行った。また、異種細胞の共培養系における細胞機能の向上を解析し、流路構造を用いて作製したゲル素材の有用性を実証した。さらに、ハイドロゲルファイバーやシートを積層化・複合化することによって、ミリメートルスケールの比較的大きな組織体（肝臓や筋肉組織）を作成するための方法論の開発を行ったほか、管腔構造を有する複合型スフェロイドの形成と応用を行い、生体外における組織作製のためのツールとしての可能性を検討した。また、アガロース・アルギン酸・ゼラチンといった、ハイドロゲルによって構成された流路構造の作製と応用を行った。例として、アガロース製の流路構造の内面に血管平滑筋細胞および内皮細胞を段階的に積層化する手法を開発し、血管組織モデルの作製を行った。さらに、複数種類の細胞接着性あるいは非接着性ハイドロゲルを用い、それらの一方を犠牲層として用い溶解させることで、管腔構造を有する組織体の形成を試みた。なお、レオメーターを用いてハイドロゲル材料の粘弾性測定を行い、ゲル物性が細胞挙動に与える影響を評価した。
これらの細胞アセンブリ手法に加え、マイクロフルイディクスを用いた細胞の選抜プロセスの開発として、大きさと表面マーカーによる2次元細胞分離流路構造の開発や、大量処理を目的として水力学的アレイフィルトレーション手法の開発を行った。これらの細胞選抜手法を、流路を用いた細胞アセンブリ手法と組み合わせることによって、より効率的に組織形成を可能とすると期待される。
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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
比較的大きな組織を体外で構築するプロセスついては，当初の予定通り，マイクロ流路を用いたゲル材料の調製を予定通り順調に行うことができた。さらに，個別の材料を組み合わせ血管や肝臓などの複雑な組織構造を作製する手法についても順調に展開中である。加えて，アセンブリした細胞を用いた薬効アッセイ系の構築や，新規細胞分離・選抜プロセスの提案という，当初の計画以上の成果が得られており，概ね当初の計画以上に研究が進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年度目となる平成25年度は，個別単位構造を複合化するプロセスを発展させ，より生体に近い細胞組織体の形成を試みる。特に，形態形成後に余分なマトリックスを除去し、主として細胞外マトリックスのみによって構成された組織体の作製手法の確立を目指すほか，細胞包埋に適したハイドロゲル材料の物性評価および物性制御を行う予定である。また，ハイドロゲルによって形成された流路構造・フルイディクスを利用した管腔を有する多層組織構造体の形成について引き続き検討を行う。さらに、これまでに作製した組織（肝組織、血管組織など）以外の組織（たとえば膵島構造）の構築を試みる。
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