2013 Fiscal Year Research-status Report
マイクロピラーを実装した革新的細胞遊走性評価デバイスの開発
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25560187
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大橋 俊朗 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30270812)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / マイクロ・ナノデバイス |
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| Research Abstract |
細胞遊走は組織や臓器の発達と恒常性の維持に関わる細胞の基本的な機能であり，かつ損傷治癒部位への血管新生や癌の転移など様々な疾患の発達やその治癒に関わる重要なプロセスでもある．細胞遊走は細胞運動の一形態であり，細胞が周囲の組織・組織に対して力を発生することで遊走を実現させていることからその運動メカニズムを力学的に解明することは細胞の基本的機能を理解し，さらに細胞遊走性の制御を試みる上で重要である．そこで本研究課題では，細胞遊走時における細胞の力学的挙動の詳細な解析が可能な革新的マイクロチャネルデバイスを開発することを目的とする．
今年度はマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの設計および製作に取り組んだ．本デバイスはポリジメチルシロキサン（PDMS）により作製した．細胞をコンフルエント状態まで培養させるために設けられた液溜め部，およびその片側に接続された細胞が遊走するための複数のマイクロチャネル（幅200 μm，高さ50 μmを予定）により構成される．マイクロチャネルは6本で1ユニットを構成し，一端が1つのシリンジポートに接続するように，合計4ユニット24本のマイクロチャネルおよび4つのシリンジポートを設けた．マイクロチャネルは底面にマイクロピラーが組み込まれていない参照用マイクロチャネルと底面にマイクロピラーを組み込んだマイクロチャネルを設けた．典型的なマイクロピラーの寸法は高さ8 μm，直径3 μm，中心間距離 8 μmである．
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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
本年度の計画に掲げたマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの設計および 作製ともに順調に取り組むことができた．マイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの作製の概要は以下の通りである．本デバイスはMEMS技術によりシリコンウエハ上にフォトレジストを成膜してマスターを作製した後，ソフトリソグラフィー技術によりPDMSで型取りしてパターンを転写する方法により作製した．本デバイスの構造は，マイクロチャネルの底面にマイクロピラーが組み込まれた複雑な構造を有する．マイクロチャネルの高さは50 μm程度を想定しているため，厚膜フォトレジストSU-8を用いた．続いて，ソフトリソグラフィーにおいては1回目の型取りでネガティブモールドを作製し，表面をシランコーティングしてPDMS同士の接着性を防止した後，2回目の型取りで最終形状を得るというDouble casting法を用いた．作製したデバイスの形状は形状測定レーザー顕微鏡やSEMを用いて観察し，設計値との比較を行い適宜修正した．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に設計・作製したマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスを用いて平成26年度では細胞遊走実験
を行う．細胞は遊走する際に基質に対して摩擦力（牽引力）を発生させながら前進する．したがって，PDMS製マイクロピラーはこの牽引力によりたわみを生じるため，このたわみを計測することにより牽引力を推定することができる．観察は倒立方顕微鏡下にて30分～1時間毎に24時間まで行い，細胞遊走に伴う牽引力ダイナミクスを評価する．またGFP-アクチンを予め導入することで細胞遊走時の骨格構造変化も追跡する．すなわち，細胞牽引力，細胞遊走速度，骨格構造変化を経時的に評価することで細胞遊走の力学的メカニズムを考察するものである．
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