2021 Fiscal Year Annual Research Report
全方位非接触界面による革新的バイオリアクターの開発
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20K21113
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
松原 輝彦 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (10325251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 研治郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90348821)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 定在波 / 音響波 / 浮揚 / 非接触界面 / バイオリアクター / 超音波 / 無容器反応 / 音響放射圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、音響浮揚技術を活用して液滴を空中に浮揚するほか、溶液中にて細胞を捕捉することで、新たな革新的バイオリアクターの実現を目指している。たとえば空気中においては、反応容器材料との接触がない全方位非接触界面での新規な反応場として期待できる。これまでに化合物や生体物質、大腸菌や動物細胞などを浮揚もしくは捕捉させる研究を行ってきた。初年度は酵素反応が大きな活性を失うことなく進行することを確認するだけでなく、プラスミド核酸の構造が維持され、液滴内で生命維持ができる可能性が示唆された。
本年度は、浮揚液滴内での生命維持評価をするため、大腸菌とそのウイルス（ファージ）の生育を評価した。大腸菌を倍加時間以上浮揚させた後、コロニー形成および増殖能力を評価したところ、浮揚させない従来法と比較し、生育に有意に悪影響がないことが示された。また長時間の浮揚を行うため、カメラを用いて液滴を監視し、その浮揚状態を維持する方法の確立を目指し、１時間以上浮揚させることに成功した。過年度の研究によって、細胞懸濁液に超音波を照射することによって浮遊培養が効率化し増殖が促進すること、培養液中に超音波の定在波を発生させることによって振動の節に細胞を凝集させ浮遊状態で細胞塊を生成できることが明らかとなった。超音波による増殖培養では、タンパク質分解酵素を用いて細胞を剥離回収する一般的な静置培養と異なり、酵素フリーで活性の高い細胞を増殖、回収できることから、本年度は超音波を利用した増殖培養で獲得した細胞を用いた細胞塊に生成に拡張した。タンパク質分解酵素を用いない培養であるため細胞外マトリクスが残存した細胞を獲得でき、細胞塊の生成が高速化されることが確認された。今後は、超音波の定在波による浮遊状態での細胞塊生成と組み合わせることによって、短時間で細胞塊を生成できるプロトコルの確立が期待できる。
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