2021 Fiscal Year Final Research Report

Japanese-German Joint Research on Real Time Monitoring Technology of Cellular Metabolism in Vitro Model Device

Research Project

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Project/Area Number	18KK0306
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research Institution	Kyoto University of Advanced Science (2019-2021) Kyoto University (2018)
Principal Investigator	TABATA OSAMU 京都先端科学大学, 工学部, 教授 (20288624)
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)
Project Period (FY)	2018-10-09 – 2022-03-31
Keywords	生体模倣システム / 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
Outline of Final Research Achievements	The development of the fundamental technologies for realizing the Analytic-BoC newly proposed by the authors has been succeeded. Hirai and Tabata developed a microfluidic devices with fluid compliance elements capable of producing flow and pressure field transients. Kamei was succeeded to induce differentiation from hPSCs to liver organoids to introduce Analytic BoC. Shikama developed an endoscope and temperature sensor for a BoC device installed in a NMR sample holder. Tatsumi developed a cell encapsulation technique of almost 100% yield utilizing dielectrophoretic force for analyzing the single cell metabolic activity. Yamamoto has established analytical methods to characterize the active deformation and the color composition of stained images of cells and organoids, and has developed and evaluated novel microenvironment models.
Free Research Field	微細加工，ナノテクノロジー
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究成果は，圧力刺激を精密に制御した状態で肝臓オルガノイドを培養できる組織チップをNMR内の強磁場下に設置し，単一光ファイバ内視鏡を用いた広波長範囲レーザー分光とダイヤモンド粒子による非接触温度分布測定技術と組み合わせることで，オルガノイド表面の温度分布計測を可能にし，肝臓における疾病発現の機序を解明し，創薬や再生医療の発展に貢献することができる。さらに，この基盤技術に細胞の代謝活動を細胞ごとに並列・高速・高精度で分析可能な技術や，細胞・オルガノイドの変形モード解析や色相解析技術と組み合わせることで，創薬のみならず細胞の代謝活性や分化状態の評価に活用・展開できる。