3D細胞電気刺激培養のための導電性多孔質セラミクス電極の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630312
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (80313021)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 舟橋 久景 広島大学, 学内共同利用施設等, その他 (60552429)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 生体材料 / セラミックス / 生物・生体工学 / 微細組織 / 細胞電気刺激培養

Outline of Annual Research Achievements

H26年度は、初年度に引き続きZnOをマトリックスとした 3D細胞電気刺激培養基板を構成する多孔質マトリックスの製造に取り組んだ。これまでに電極接着およびポリエチレンコート技術の確立により電流-電位曲線の計測を可能としたが、さらに細胞培養空間および培地流路の確保が必須であった。すなわち、細胞の培養空間および培地の流路を確保することが肝要であり、またそれぞれの培養空間（空隙）同士を立体的に連結させることで、(1)細胞に対する立体的な電気刺激、(2)細胞間の化学的・物理的接触、および(3)培地の循環を可能にすると期待できる。実験的検証の結果、界面活性剤を添加した原料粉末からスラリーを作製し、これを発泡後焼結させることで、孔径数百ミクロン程度で電気伝導性を有する多孔体（相対密度50%程度）を容易に製造できることが明らかとなった。この多孔体は親水性であり、毛管現象によって水溶液を極めて容易に吸収することができることから、細胞培地の流路確保にも成功している。さらに研究分担者によって得られた多孔質マトリックスに実際に細胞を付着させ、微細組織形態の観察の実施に着手した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、ZnOを母材とした 3D細胞電気刺激培養基板を構成する多孔質マトリックスの製造に成功し、特に多孔質中における培地の流路確保が容易であることを確認した。さらに細胞の付着ならびにその観察手法についても一応の目途が立ち、細胞電気刺激培養基板の特性評価が可能となった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き多孔質マトリックスの製造に取り組むと共に、研究代表者と研究分担者が共同でその微細構造、電気伝導性、細胞接着性、耐熱・耐薬品性について調査し、3D細胞電気刺激培養のための微構造の最適化を図っていく。細胞接着性を向上させる必要が生じた場合には、多孔質マトリックスの微構造制御と同時に、細胞接着性・親和性を高めるためにマトリクス表面へポリ-L-リシンやコラーゲンの表面吸着などの対応も適宜行い、研究分担者により多孔質マトリックスを用いた細胞培養および3D細胞電気刺激培養の可能性を検証する。

Causes of Carryover

細胞電気刺激培養基板上で、細胞の活性をより明確に観測・検証するために、蛍光発光を確認できるような装置の導入が有効であることが新たに判明した。そこで、予算の一部を次年度に繰り越し、装置の購入を図ることが研究遂行上有益であると考えたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

細胞電気刺激培養基板上で、細胞の活性をより明確に観測・検証するために、蛍光発光を確認できるような装置の導入を計画している。