2021 Fiscal Year Annual Research Report
Japanese-German Joint Research on Real Time Monitoring Technology of Cellular Metabolism in Vitro Model Device
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18KK0306
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| Research Institution | Kyoto University of Advanced Science |
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Principal Investigator |
田畑 修 京都先端科学大学, 工学部, 教授 (20288624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀井 謙一郎 京都大学, 高等研究院, 准教授 (00588262)
平井 義和 京都大学, 工学研究科, 講師 (40452271)
四竈 泰一 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80456152)
山本 暁久 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (90706805)
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | 生体外モデルデバイス / 細胞代謝 / マイクロシステム / 量子センシング / リアルタイムモニタリング / オルガノイド / 細胞 / 細胞微小環境モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平井と田畑は流れ場・圧力場の変動を生成可能な流体コンプライアンス要素を培養チャンバに搭載したマイクロ流体制御システムを作製し、チャンバ内の肝組織に周期的な圧力変動が設計通りに印加できることを確認した。またその圧力波形に依存して、肝組織の機能が異なる応答反応を示すことを蛍光観察によって確認した。
亀井はヒト多能性幹細胞由来組織の肝臓オルガノイドの培養液中に人為的に高濃度の脂肪を添加しその症状をAnalytic BoCで再現する疾患モデルの構築に取り組んだ。今年度では、亀井がヒト多能性幹細胞から肝臓細胞への分化誘導中に39℃の熱刺激を与えることで肝機能が増強することを発見した。
四竃は蛍光スペクトル形状の温度依存性が類似したダイヤモンド粒子を選択することで、複数粒子を用いた温度分布計測の精度を向上させた。また、ダイヤモンド粒子及びバルクを用いた計測結果を比較し、不純物や粒子化による格子歪みが粒子毎の温度特性差を生じている可能性があることを明らかにした。
巽は、これまで開発してきた1細胞のカプセル化システムについて、電極を並列化して2系統の粒子・細胞のカプセル化（液滴封入）を収率約100％で行うことに成功した。さらに粒子・細胞整列の通電信号と光照射・計測信号とを同期することで、細胞の熱・光学処理およびセンシングのタイミング制御の高精度化に成功した。
山本は、細胞・オルガノイドに対するモード解析による変形強度解析の手法を確立した。また、Prof. Tanaka (Heidelberg)、Prof. Bastmeyer (KIT)らと、マイクロピラーと生体親和性ナノファイバーによる三次元足場を用いて、新たな細胞微小環境モデルの構築を行った。
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