2022 Fiscal Year Annual Research Report

Deterministic Massively Parallel Single Cell Processing: Towards Innovation in Bio-3D Printing

Research Project

Project/Area Number	20K20961
Research Institution	Toyohashi University of Technology
Principal Investigator	永井萌土豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 教授 (00580557)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	沼野利佳豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 教授 (30462716)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	超並列単一細胞操作 / 決定論的加工 / ペリスタポンプ / 外骨格
Outline of Annual Research Achievements	生体外で緻密な多細胞組織を超並列で10の6乗個形成できれば，十分な細胞間相互作用により生体内の状態を再現し，腫瘍や臓器の生命現象を効率的に調査できる。組織構築には，バイオインクとヒト細胞(直径約15μm)の懸濁液を吐出し，硬化後に細胞を成熟させる。従来のバイオ3Dプリンティングの配置は，トレードオフが存在し，高い並列処理数と細胞個数の制御性は両立できなかった。並列ノズルにしても，確率論的な配置となり，個数と距離を厳密に規定できず，細胞間相互作用の安定した再現が困難であり，変革が望まれていた。そこで本研究では，申請者の有する細胞操作技術，微細加工技術をベースに，構造を知能化・2Dアレイ化するアイデアにより，原理を刷新する。決定論的な細胞加工へと飛躍させ，細胞間相互作用の安定した再現を行う。決定論的超並列(10の6乗個)単一細胞加工技術の4工程(A)単一細胞分離，(B)ゲル被覆，(C)ピペットへの充填・吐出，(D)位置固定を創成することを目指した。前年度にペリスタポンプを搭載し，被覆用チャンバを独立させたピペットアレイを新たに開発した。これには吸引・吐出口，細胞用流路，空圧バルブを有した多層構造の形成を利用した。捕獲や吐出性能は，基板間相互作用が影響を与えることが分かった。そこで本年度はピペットに外骨格と3軸リニアステージを設けて，治具での固定、吐出用の溶液へ移動を可能となるようにした。またこのことにより，z軸方向の距離の制御を可能とし，ピペットとシャーレとの距離すなわち基板間相互作用による影響を調査した。