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2016 Fiscal Year Research-status Report

マイクロボイド細胞操作と多孔質組織創成への応用

Research Project

Project/Area Number 15K18004
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

田中 信行  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (00724692)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords細胞操作 / 物理化学 / 表面張力 / 細胞培養
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、物理化学的特性を活用した高スループット細胞操作法の実現を目指している。これまでに液体の表面張力に着目し、多数の気泡が自発的に整列する現象を利用した細胞操作を実現している。当該年度は、この結果をさらに発展させ、固体と流体との間の表面張力やポリジメチルシロキサン樹脂のガス透過性といった物性に着目し、新たな細胞操作のための微小構造体作製法を開発した。この手法ではまず、必要とする細胞集団の平面パターンの形に凹凸が付与されたPDMS製鋳型を細胞培養表面の上に密着させる。次に、真空中でPDMS鋳型内部の気体を1時間程度脱気する。脱気終了後すぐに、鋳型に開けられた開口部に微小構造体用の溶液を注入すると、脱気されたPDMSが気体を吸収する陰圧とPDMSと溶液との表面張力を駆動力として、溶液が鋳型内に流入していく。溶液を鋳型内で固化させたのちに、PDMS鋳型を細胞培養表面から取り外すことによって、細胞培養表面に微小構造体を付与することができる。本手法では、微小構造体用の溶液としてアガロース水溶液を用いた。アガロース水溶液は高温時に流動性を有し、室温付近ではゲル化し流動性を失う。さらに脱水・乾燥させることにより、アガロースを固化させることができる。このように得られたアガロース製微小構造体は、細胞非接着性を有しており、細胞を接着させたい領域をアガロース微小構造体で囲むことにより、細胞の空間制御を実現できる。本手法により、筋芽細胞や神経細胞のパターニングが可能であることを報告している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

物理化学的特性を活用した細胞操作法を確立し、生物学分野において複数の応用可能性が生まれているため。

Strategy for Future Research Activity

従来、細胞の空間制御技術としては、フィブロネクチンなどの細胞接着タンパク質を利用するポジティブパターニングが多用されてきた。本研究で開発している手法は、このようなタンパク質パターンを必要としないため、タンパク質に起因する生化学的刺激が少ない実験系が実現できると考えられる。今後、タンパク質の影響を排除する必要があるような生物学実験への応用を進めていく予定である。

Causes of Carryover

偶然の発見によって、大幅に実験の効率を改善できたため、直接経費を節約できており、改善された実験において再現性や他の細胞種への応用可能性を検証するため、追加で研究を行う必要が生じているため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

多種類の細胞の空間制御を実施するとともに、空間制御による細胞機能の違いについて生物学的な検証を行う。

  • Research Products

    (27 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] スイス連邦工科大学チューリッヒ校(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      スイス連邦工科大学チューリッヒ校
  • [Journal Article] Simple agarose micro-confinement array and machine-learning-based classification for analyzing the patterned differentiation of mesenchymal stem cells2017

    • Author(s)
      Tanaka Nobuyuki、Yamashita Tadahiro、Sato Asako、Vogel Viola、Tanaka Yo
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 12 Pages: e0173647

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0173647

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis of long-term morphological changes of micro patterned molecules and cells on PDMS and glass surfaces2017

    • Author(s)
      Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Microcasting with agarose gel via degassed polydimethylsiloxane molds for repellency-guided cell patterning2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Tanaka, Hiroyuki Moriguchi, Asako Sato, Takayuki Kawai, Kenta Shimba, Yasuhiko Jimbo, Yo Tanaka
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 6 Pages: 54754-54762

    • DOI

      10.1039/C6RA11563B

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Correlative near-infrared light and cathodoluminescence microscopy using Y2O3:Ln, Yb (Ln = Tm, Er) nanophosphors for multi-scale, multi-colour bioimaging2016

    • Author(s)
      Shoichiro Fukushima, Taichi Furukawa, Hirohiko Niioka, Masayoshi Ichimiya, Takumi Sannomiya, Nobuyuki Tanaka, Daisuke Onoshima, Hiroshi Yukawa, Yoshinobu Baba, Masaaki Ashida, Jun Miyake, Tsutomu Araki, Mamoru Hashimoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Pages: 25950

    • DOI

      10.1038/srep25950

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ultrathin glass filter fabricated by femtosecond laser processing for high-throughput microparticle filtering2016

    • Author(s)
      Yaxiaer Yalikun, Nobuyuki Tanaka, Yoichiro Hosokawa, Takanori Iino, Yo Tanaka
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 9 Pages: 066702

    • DOI

      10.7567/APEX.9.066702

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The time-series evaluation of biohydrogen production by photosynthetic bacteria under fluctuating illumination pattern2016

    • Author(s)
      Naoki Ikenaga, Saki Okamura, Ken Shibata, Nobuyuki Tanaka, Jun Miyake
    • Journal Title

      Research on Chemical Intermediates

      Volume: 42 Pages: 7701-7711

    • DOI

      10.1007/s11164-016-2655-z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of hydrogen production by the co-culture of dark-fermentative and photosynthetic bacteria2016

    • Author(s)
      Daisuke Takagi, Saki Okamura, Kota Tanaka, Naoki Ikenaga, Masayuki Iwashima, Seyed Mohammad Ali Haghparast, Nobuyuki Tanaka, Jun Miyake
    • Journal Title

      Research on Chemical Intermediates

      Volume: 42 Pages: 7713-7722

    • DOI

      10.1007/s11164-016-2656-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluating a time-delay of hydrogen production quantitatively in photosynthetic bacteria for stabilizing intermittency2016

    • Author(s)
      Kota Tanaka, Saki Okamura, Ken Shibata, Naoki Ikenaga, Nobuyuki Tanaka, Kazumi Hakamada, Jun Miyake
    • Journal Title

      Research on Chemical Intermediates

      Volume: 42 Pages: 7723-7730

    • DOI

      10.1007/s11164-016-2657-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vapor-based micro/nano-partitioning of fluorofunctional group immobilization for long-term stable cell patterning2016

    • Author(s)
      Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 6 Pages: 96306-96313

    • DOI

      10.1039/C6RA16906F

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Transplantation of epidermal cell sheets by endoscopic balloon dilatation to avoid esophageal re-strictures: initial experience in a porcine model2016

    • Author(s)
      Shinichiro Kobayashi, Nobuo Kanai, Nobuyuki Tanaka, Masanori Maeda, Takahiro Hosoi, Fumio Fukai, Susumu Eguchi, Masayuki Yamato
    • Journal Title

      Endoscopy International Open

      Volume: 04 Pages: E1116-E1123

    • DOI

      10.1055/s-0042-116145

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] バイオユーザーフレンドリーなものづくり2017

    • Author(s)
      田中 信行
    • Organizer
      横浜国立大学主催 ものづくりライフイノベーション 最先端科学技術融合セミナー(第1回)
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Invited
  • [Presentation] 培養細胞表面の非接触濡れ性評価システム2017

    • Author(s)
      田中信行、髙原順子、粟津茜、春園嘉英、那須博光、田中陽
    • Organizer
      第16回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-09
  • [Presentation] 非接触濡れ性評価法とバイオフィルム付着への応用2017

    • Author(s)
      田中信行
    • Organizer
      日本鉄鋼協会 評価・分析・解析部会 「バイオファウリング、バイオフィルム評価分析解析研究」フォーラム 平成28年度 第2回講演会
    • Place of Presentation
      JFEスチール(株) 西日本製鉄所福山地区
    • Year and Date
      2017-02-10
    • Invited
  • [Presentation] Agarose Micro-Cast for the Patterned Differentiation of Mesenchymal Stem Cells2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Tanaka, Tadahiro Yamashita, Viola Vogel, and Yo Tanaka
    • Organizer
      27th 2016 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • Place of Presentation
      Noyori Conference Hall, Nagoya University
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生体材料の非接触濡れ性評価システム2016

    • Author(s)
      田中信行、春園嘉英、那須博光、中西雄紀、髙原順子、粟津茜、田中陽
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会シンポジウム2016
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-22
  • [Presentation] 噴流圧力による培養細胞の力学特性評価2016

    • Author(s)
      田中信行、髙原順子、粟津茜、春園嘉英、那須博光、田中陽
    • Organizer
      第68回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-28
  • [Presentation] Development of Non-Contact Wettability Assessment System2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Tanaka, Yoshihide Haruzono, Hiromitsu Nasu, Yuki Nakanishi, Junko Takahara, Akane Awazu, and Yo Tanaka
    • Organizer
      RSC Tokyo International Conference 2016
    • Place of Presentation
      幕張メッセ
    • Year and Date
      2016-09-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 幹細胞分化解析のためのアガロースゲル微小構造体2016

    • Author(s)
      田中信行、山下忠紘、Viola Vogel、田中陽
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第34回研究会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ
    • Year and Date
      2016-09-07
  • [Presentation] 新しい濡れ性評価の開発と展開2016

    • Author(s)
      田中信行
    • Organizer
      日本溶射学会中部支部・溶射技術研究会
    • Place of Presentation
      名古屋駅前イノベーションハブ
    • Year and Date
      2016-08-23
    • Invited
  • [Presentation] Agarose Microwells for Long-Term Cell Differentiation Studies: Spatial Patterning of the Differentiation Responce2016

    • Author(s)
      Tadahiro Yamashita, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka, Viola Vogel
    • Organizer
      2nd International Symposium on Nanoarchitectonics for Mechanobiology
    • Place of Presentation
      国立研究開発法人物質・材料研究機構並木地区
    • Year and Date
      2016-07-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gel-casting using micro-fluidic channels with vacuum conserved in polydimethylsiloxane elastomer toward patterned cell culture system.2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Tanaka, Hiroyuki Moriguchi, Asako Sato, Takayuki Kawai, and Yo Tanaka
    • Organizer
      8th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2016)
    • Place of Presentation
      University of Hong Kong
    • Year and Date
      2016-06-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非接触濡れ性評価システムの自動化2016

    • Author(s)
      田中信行、春園嘉英、那須博光、中西雄紀、髙原順子、粟津茜、田中陽
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2016-05-09
  • [Book] 産経新聞兵庫・京都総合版および関西オンライン版2016

    • Author(s)
      田中信行
    • Total Pages
      1
    • Publisher
      産経新聞社
  • [Remarks] 理化学研究所 集積バイオデバイス研究ユニット

    • URL

      http://www.qbic.riken.jp/ibd/jpn/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 物質の濡れ性の評価方法及び評価装置2016

    • Inventor(s)
      田中信行、中西雄紀、髙原順子、粟津茜、田中陽、春園嘉英、那須博光
    • Industrial Property Rights Holder
      理化学研究所、北川鉄工所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-161465
    • Filing Date
      2016-08-19
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 物質の濡れ性分布の評価方法及び評価装置2016

    • Inventor(s)
      田中信行、中西雄紀、髙原順子、粟津茜、田中陽、春園嘉英、那須博光
    • Industrial Property Rights Holder
      理化学研究所、北川鉄工所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-161462
    • Filing Date
      2016-08-19

URL: 

Published: 2018-01-16  

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