2014 Fiscal Year Research-status Report
擬似心拍ストレス環境下でのインビトロ心筋形成技術の構築とバイオ人工心臓への展望
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25630384
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
中島 雄太 熊本大学, 自然科学研究科, 助教 (70574341)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 細胞刺激 / 力学特性 / リアルタイム細胞観察 / BioMEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォトリソグラフィとモールディングによって製作した心筋細胞分化誘導用マイクロデバイスを用いて、細胞への拍動刺激実験を行うための基礎実験を行った。具体的には、マイクロデバイスに導入する圧力と細胞刺激用ダイアフラムの変位量の基本特性を求めた。これにより、細胞刺激用ダイアフラムは印加する圧力に対して線形的に変形することを明らかにした。この結果を基にして、単一細胞への刺激実験を行い、圧縮刺激を受ける細胞の変形挙動をリアルタイムで観察することに成功した。本研究目的の本筋とは少し異なる派生的な内容であるが、刺激量と細胞の変形量・ひずみ量の関係から細胞の力学特性を評価できる事がわかり、今後の研究の新たな展開につながった。
一方、細胞への長期的（断続的）な刺激実験を試みたが、細胞の基板への接着不良や培養途中での死滅により、刺激に対する細胞分化挙動を評価することができなかった。この原因は、細胞に充分な栄養と酸素を供給できていないことが考えられる。つまり、本実験において、細胞は培養チャンバ内で培養されているが、チャンバの容量が小さいため細胞周囲に充分な量の培地を供給できていない点、細胞の周囲の培地は拡散によってのみしか移動しか生じないため、細胞周囲の培地の入れ替わりが少ない点が原因として挙げられる。したがって、今後は細胞周囲の環境を改善するために培地の循環システムを設計・製作し、デバイスに組込む。この際、循環する培地の流量によっては細胞に大きな流体力が加わる可能性があるため、この点を充分に考慮した設計を行う。
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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
心筋細胞分化誘導マイクロデバイスの設計・試作・動作実験が概ね完了し、細胞の刺激実験とその応答評価を行った。この成果により、計画当初は想定していなかった、細胞の力学特性を評価することに成功し、本デバイスの新たな可能性を見出した。一方、当初予定していた細胞への連続的・断続的な刺激とその際の細胞の分化挙動の評価に至っていない点で課題が存在するが、既に対応策の検討を開始しているため、達成度はおおむね順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞の刺激により心筋細胞へと分化誘導するために、培養チャンバ内での細胞の接着不良や死滅を改善する。このため、デバイス内の培地を循環するシステムを設計・製作する。このシステムを用いて、本デバイス内でも長期間の培養実験が可能であることを確認する。これに続き、当初の計画通り、細胞に連続的・周期的な刺激を与えることによって心筋細胞への分化誘導実験を行う。前年度までにデバイス内での細胞の培養と刺激、刺激を受ける細胞のリアルタイム観察に成功しているため、これらの成果を基盤として具体的な条件を設定し、刺激を受けた細胞が分化した細胞種を特定すると共に誘導された細胞種と刺激の与え方との相関を取り、心筋細胞への分化誘導条件を導出する。
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| Causes of Carryover |
培養チャンバ内への細胞の接着不良や細胞の死滅などの不具合が生じ、マイクロデバイス内の培地の循環が必要だと判断したため、できるだけ予算を確保し、次年度の予算とあわせて培地循環システムを構築することを計画し、次年度への繰越が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度のできるだけ早い時期に培地循環システムの設計を行い、本システムを導入するための各種機器類を購入する。
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