2010 Fiscal Year Annual Research Report

セルパターニングのための超並列オンチップ細胞操作システムの開発

Research Project

Project/Area Number	20300156
Research Institution	Toyohashi University of Technology
Principal Investigator	柴田隆行豊橋技術科学大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10235575)
Keywords	マイクロマニピュレータアレイ / セルパターニング / 細胞操作 / 細胞機能解析 / マイクロニードル / MEMS / ナノバイオテクロノジー
Research Abstract	本研究では,マイクロチップ上での高精度な細胞操作ならびに高度な細胞ネットワーク機能解析を実現するために,細胞を所望の3次元空間へ超並列・超高速に配列制御(セルパターニング)するための"超並列オンチップ細胞操作システム"の開発を行うことを目的として実施した.得られた成果は以下のとおりである. (1)MEMS技術によって作製した酸化シリコン製の吸盤型マイクロニードルアレイを用いたHeLa細胞(ヒト子宮頸癌由来の細胞)の捕獲・脱離実験を行い,単一細胞レベルの生細胞の捕獲と脱離が可能であることを実証した.しかし,吸引流量の増加は,細胞の捕獲速度(単位時間当たりに捕獲される細胞の個数)ならびに捕獲率(ニードル本数に対する捕獲細胞数の比)の向上と同時に,ニードル内部に細胞が侵入する不具合を生じる要因ともなった.実験結果から,細胞の吸引力は細胞-ニードル間距離に反比例し,細胞の捕獲効率を向上させるためには,ニードル先端から距離100μm以内の空間に細胞の存在確率を高める必要性があることがわかった. (2)吸盤型マイクロニードルアレイによって捕獲した細胞を支柱構造体(SU-8ピラー)を形成した基板上(細胞培養チャンバー)に脱離することで,ピラー間に細胞の配置が可能であることを実証した. (3)シリコーン樹脂(PDMS)のメンブレン構造を利用した空気圧駆動型マイクロバルブアレイを作製し,吸盤型マイクロニードルアレイと一体形成することで,細胞操作用マイクロマニピュレータアレイを試作した.その結果,任意のニードルでの吸引・吐出のON/OFF動作が可能となった.さらに,細胞の捕獲・脱離実験を行い,その有効性を確認した. (4)以上の結果から,本提案技術によって,単一細胞レベルの分解能を有した超並列操作による高精度なセルパターニングの実現性を示すことができた.