2020 Fiscal Year Annual Research Report
微細構造の集積を用いた細胞組織構築技術の創出とその応用
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20J01820
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
上野 秀貴 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | Tissue engineering / マイクロチップ / 厚膜感光性材料 / マイクロ・ナノデバイス / BioMEMS / Lab on a Chip |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、極めて高い空隙率のメッシュ構造を有するフレキシブルなポーラス材料を利用した簡易かつ細胞に低負荷な立体的な細胞組織の構築を目的としている。立体的な細胞組織は、平面的な細胞組織と比較して代謝機能などが本来の生体に近く、再生医療や創薬基盤技術における応用が期待されている。立体的な細胞組織の作製では、ハイドロゲルなどの足場構造やハンギングドロップ法などが用いられている。しかし、前者の方法では構築される細胞組織内に本来生体に含まれない物質が含まれる。また、ハンギングドロップ法により作製されるスフェロイドの形状は制御できない。本研究では微細構造を集積したフレキシブルなポーラス材料に細胞を適度に接着させることで、細胞組織の形状をマイクロメートルスケールで制御するとともに、ポーラス材料の伸縮とポーラス材を通して印加される液圧のみを用いて、形状を制御された細胞組織を回収する。本手法はたんぱく質分解酵素などの細胞負荷の大きい薬剤を用いないので、従来の手法と比較して、初代細胞など脆弱な細胞に対しても適用できると期待される。
上記の実現方法として、厚膜成膜可能なフォトレジストと半導体加工技術を組み合わせてフレキシブルなポーラス材料を製作するとともに、その構造を用いて、立体的な細胞組織の形状制御と細胞に負荷を掛ける薬剤を用いない細胞組織回収方法を構築する。
研究項目は3つあり、それぞれ①フレキシブルなポーラス構造の作製、②フレキシブルなポーラス構造上への細胞播種および培養方法の検討、③回収した細胞組織の機能の評価である。本年度は、研究初年度であるので、①フレキシブルなポーラス構造の作製について検討した。厚膜の感光性材料と金属の犠牲層を組み合わせることで、高空隙率のフレキシブルなポーラス構造を100%の歩留まりで作製する方法を明らかにできた。
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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
本研究は、①フレキシブルなポーラス構造の作製、②フレキシブルなポーラス構造上への細胞播種および培養方法の検討、③回収した細胞組織の機能の評価の３つの研究項目からなる。本年度は、研究初年度として、①フレキシブルなポーラス構造の作製に取り組んだ。
フレキシブルなポーラス構造には、細胞組織の形状制御と、その構造から液圧のみで細胞組織をリリースできることが要求される。また、バイオ実験のため基本的にディスポーザブルである必要があるので、高い生産性も求められる。そこで、フレキシブルなポーラス材料の作製方法として厚膜感光性材料を用いたフォトリソグラフィを採用した。本手法を用いた作製方法の検討項目である、1)最適なポーラスサイズ、2)犠牲層、3)露光方法、それぞれについて実験より最適な条件を明らかにした。1)最適なポーラスサイズについては、細胞が滑落せずかつ細胞との接着面積を最小とするため、CAD上での設計値を調整した。また、作製した際に、残留応力などによりポーラス構造が破損しないようポーラス部分の厚みについても検討した。2)犠牲層は、成膜が容易なことから当初は樹脂系のコーティング剤を用いることを計画していたが、作製プロセス中に剥離などの問題が生じたため、金属の犠牲層に変更した。また、それに伴い当初は基板裏面側からの露光を計画していた露光方法もクリップを用いた手法に変更した。上述した検討により、細胞組織の形状制御が可能と考えられるフレキシブルなポーラス構造をほぼ100%の歩留まりで作製することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目における①フレキシブルなポーラス構造の作製については本年度で十分に達成できたと考えられるので、次年度以降は本構造を用いた②細胞播種および培養方法の検討を進め、さらに、③回収した細胞組織の機能評価も開始する。
検討項目②については、播種する細胞種とそれに合わせた培養条件や培養期間について検討する。また、回収については、基本的には薬剤を使用せず物理作用のみで回収するので、適切な液圧の印加方法などについて検討を行う。
検討項目③については、回収した細胞組織を継続して培養し、細胞組織の代謝物質量などを測定することで、回収した細胞組織を構成する細胞の内、その機能を保持している細胞の割合などを明らかにする。
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