2013 Fiscal Year Research-status Report
細胞リソグラフィーによる異種細胞配列体の形成と電気化学的機能評価
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25410148
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
安川 智之 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (40361167)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 誘電泳動 / 細胞配列 / 電気化学顕微鏡 / 細胞アッセイ / 細胞センサ |
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| Research Abstract |
ニードル型のマイクロ電極を細胞や微粒子の捕捉用プローブとして用い，正の誘電泳動をベースとしたフレキシブルなパターン作製技術の構築を行った．ITO電極上に30ミクロン厚のスペーサを介してポーラスアルミナ膜を配置しマイクロ流路構造を作製した．この流路内に細胞懸濁液を導入し，アルミナ膜上に，xyz方向に自由に稼働できるポジショナーに搭載したマイクロ電極を配置した．マイクロ電極－ITO電極間に正の誘電泳動の作用する交流電圧を印加すると流路内の微粒子や細胞をアルミナ膜の下側表面に誘導できた．この際，マイクロ電極をxy方向に走査すると，アルミナ膜表面に微粒子や細胞のパターン作製できた．パターン作製のための印加電圧，周波数，マイクロ電極走査速度およびz方向電極位置のパラメータに対する形成パターン精度および形成速度の関連を調査した．現在，2種類目の微粒子または細胞パターンの形成を行っている．2種類目の細胞をマイクロ流路内に導入する際の溶液流れによって第1パターンの崩壊がないように調整中である．
また，ITO電極基板に10,000個のマイクロウェルアレイ構造を作製し，正の誘電泳動を用いると1秒以内に細胞アレイを作製できた．交流電圧の印加により細胞は電場強度の強いマイクロウェル内へと導入され，このマイクロウェルは，2個の細胞が縦方向に配列可能なサイズであるため，第1パターン形成後に洗浄工程を行っても，ほぼすべての捕捉細胞がウェル内に留まった．細胞の捕捉率は約90%と極めて高く，迅速で高効率な細胞アレイの構築を可能とした．現在，2種類目の細胞のパターニングを行っている．
基板上に配列化したC2C12筋芽細胞を筋管細胞へと分化誘導し，ライン状に配列した筋管細胞を得た．さらに，電気化学顕微鏡を用いて単一細胞レベルでの呼吸に伴う酸素消費をイメージとして捉えることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度に予定していた，同一基板上への2種類の細胞のパターニングを達成できた．ニードル型のマイクロ電極を用いた誘電泳動では，微粒子や細胞をパターン形成基板としたアルミナ膜上へ誘導し配列体の作製が可能であった．2種類目のパターン作製のために異種類細胞の導入を行うと，第1パターンの精度が損なわれる．よって，2年目では，化学架橋法を利用した強固な細胞の捕捉を行う予定である．しかし，パターンの精度に最も大きな影響を与えると考えられる，電圧強度および電極走査速度依存性について詳細に調査できた．
さらに，2年目に予定していた鋳型電極パターンを用いた細胞リソグラフィーに関しても調査を開始し，ポーラスポリカーボネート膜やアルミナ膜上への微粒子パターンの転写を行った．また，マイクロウェルアレイ電極を用いるとウェル内に細胞を極めて迅速（1秒以内）に導入でき，ドットアレイパターンを形成できることを示した．マイクロ電極を用いた細胞近傍の酸素濃度分布を電流イメージとして捉え，筋芽細胞の分化誘導により作製した単一筋管細胞ラインの呼吸による酸素消費計測を行った．
よって，本研究は当初予定以上に研究が遂行できていると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本基盤研究を基に，初期提案以上の様々な細胞配列体作製技術へのアイデアが引き出され，様々な迅速で簡便な細胞パターン形成を達成した．今後は，当初の目標通り，「細胞配列化」と「細胞センサ」の融合を目指す．誘電泳動による迅速で正確な基板上への細胞パターンの形成を行い，そのアレイ化細胞の呼吸活性を指標とした薬剤アッセイ系を構築する．電極上にマイクロウェルアレイを作製し，異種細胞のドットパターンを作製する．各ウェルに形成されるパターン精度を詳細に調査し，作製可能なパターンの限度を把握する．ここでは，モデルとして白血病細胞株K562およびアドリアマイシン耐性K562（K562/ADR）細胞のパターン化を行う．各濃度のアドリアマイシン存在下でそれぞれの細胞を培養し，電気化学顕微鏡により呼吸活性を評価して半数阻害濃度を調査する．培養と活性計測を経時的に行い，薬剤効果の経時的モニタリングによる薬剤感受性試験を確立する．さらに，ベラパミルやセファランチンの薬効を調査し，本手法の抗がん剤スクリーニングとして優位性を明らかにする．電気化学顕微鏡のよる呼吸活性計測で得られた細胞評価の結果を細胞パターンの作製方法へとフィードバックし，最適な異種細胞パターンを探索する．
得られた結果を，電気化学会および分析化学会で成果報告する予定である．また，国際誌に投稿する．
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Research Products
(38 results)
