2017 Fiscal Year Annual Research Report
超音波技術を基盤としたシーケンシャル細胞培養システム
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16H04259
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
竹村 研治郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90348821)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 細胞培養器 / 超音波振動 / 共振 / 自動培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年注目される再生医療などの細胞療法において，細胞培養技術は極めて重要な基盤技術である．一般的には培養技術者の手作業によって行われている細胞培養の自動化，高効率化無くして再生医療などの普及は達成できない．これに対して，本研究では，超音波技術を援用することによって細胞培養過程における自動化のボトルネックであった剥離，回収および組織化の過程を自動化し，自動細胞培養システムを実現することを目的としている．
平成29年度は細胞の剥離過程に対して，培養技術者の手技に頼らずに活性の高い細胞を培養面から剥離する手法を開発した．細胞剥離過程では一般的にタンパク質分解酵素を用いて細胞接着を弱め，培養技術者による培養ディッシュの振とうなどによって細胞を剥離するが，タンパク質分解酵素の作用による細胞活性の低下が指摘されている．これに対して，低温刺激が細胞接着を弱めることに注目し，培養面の温度制御と超音波域の共振を組み合わせることによって，タンパク質分解酵素と手作業による振とうによる従来手法と同等の細胞剥離が達成できることを明らかにした．なお，この方法では細胞剥離後に細胞表面のタンパク質が優位に残存しているため，剥離回収された細胞のその後の増殖性が優位に高いことが明らかとなった．また，細胞を増殖培養したのちに実際の治療などに利用するには複数の細胞からなる組織の生成が重要である．このため，超音波技術を用いた細胞の組織化にも取り組んだ．この結果，細胞懸濁液への超音波照射によって引き起こされる音響流を用いて細胞塊を生成する技術を開発し，直径0.5 mm程度の細胞塊を従来よりも効率的に生成できることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前述のように，本研究では細胞培養過程の自動化，高効率化を目指した細胞培養技術の具現化を目指している．こうした目的に対する従来の取り組みでは，培養技術者の主義をロボットなどで忠実に模倣する提案がほとんどであるが，本研究では超音波技術の援用によって全く新しい細胞培養システムの実現を目指している．平成28年度および平成29年度の研究によって，細胞培養基材の超音波域の共振と低温刺激を用いて，培養面からの細胞の剥離，回収を実現し，音響流の生成によって細胞の組織化を達成した．以上のように，これまでの２年間の研究によって超音波技術を援用した全く新しい細胞培養法の基盤技術の有効性を明らかにした．これらは，本研究の目的に対する重要な要素技術であり，必要な知見を獲得できたと言える．今後はこれらを統合したシーケンシャルな培養システムを実現する必要があるものの，当初計画通りに順調に推移していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
自動細胞培養システムの具現化に対して，これまでに培養基材からの細胞の剥離，回収と組織化の基盤技術に関する知見を得た．ただし，細胞の剥離，回収を達成した装置は独自に開発した金属製培養基材によるものである．このため，今後は細胞培養基材として，一般的に広く使用されているディスポーザブルな細胞培養ディッシュを用いることを目指す．ディスポーザブルな細胞培養ディッシュは一般に高分子プラスチック製であり，本研究で用いてきたステンレス製培養面とは機械的特性が大きく異なる．このため，例えば固有振動数が異なる．しかし，高分子プラスチックは超音波を透過することが可能であることに鑑みれば，ディッシュ下方から細胞に超音波を照射し，これまでの研究結果と同様に細胞を培養面から剥離することは可能と考えられる．こうしたコンセプトは平成29年度に予備実験によって達成できることを確認している．また，超音波の照射による細胞への影響も今後検討が必要な項目である．これまでにタンパク発現などを評価してきたが，今後は分化能なども評価項目に加え，提案手法の有効性，妥当性を確認する予定である．
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