血管内に発生する複合的な機械刺激および化学刺激を再現する人工血管デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 17K06934
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 服部 浩二 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 准教授 (60409670)
• 研究分担者: 小西 聡 立命館大学, 理工学部, 教授 (50288627)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2017年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: マイクロ流体デバイス / バイオデバイス / 生体模倣 / 細胞培養チップ / 培養環境制御 / 人工血管 / 薬剤スクリーニング / マイクロ・ナノデバイス / 生物機能・バイオプロセス / 細胞アッセイ / 血管 / マイクロフルイディクス

研究実績の概要

創薬研究において薬剤候補化合物をスクリーニングする際に培養細胞を用いた試験が広く実施されている。生体内においては体液中に存在する成長因子やホルモン、サイトカインなどの液性因子と細胞に接着性刺激を与える足場因子からの化学刺激に加え、体液の流れが与える物理刺激が細胞の機能発現に影響を与える。例えば、高血圧症や血栓症、動脈硬化症などの治療薬を開発する際にしばしば用いられる血管内皮細胞は、生体内では常に血流に起因するせん断応力を受けており、その強さに応じて血液凝固抑制や血管拡張・収縮を調整している。しかし、従来の血管内皮細胞の薬剤応答性は主に静置培養下で評価されており、環境依存的血管内皮機能の多くが発現しておらず、生体内と同様の環境の再現が望まれている。既に報告されている多くのマイクロ流体デバイスでは、血管内皮細胞に対するせん断応力、あるいは血圧のどちらかの作用を調査する報告が多く、生体内で生じる二つ以上の刺激を複合的に再現する報告は少ないうえ、デバイスの構造も複雑である。以上の背景を下に、本研究では、血流に起因するせん断応力と血圧を複合的に再現するシンプルな構造のマイクロ流体デバイスを考案した。
実施1年目である本年度は、主に、生体の各血管と同じ直径の人工血管マイクロデバイスを開発した。血液に見立てた培地を流したとき、生体内でのせん断応力と血圧にともなう法線応力を複合的に再現できるようにマイクロデバイスを設計した。
本デバイスは、薬液導入流路、細胞培養流路、細胞導入流路からなっており、最大の特徴は細胞培養流路の底部にラインアンドスペース形状のマイクロパターンが設けられている点である。また、PDMSで作製することとし、このマイクロパターンによって、細胞培養流路の壁面は送液によって流路内圧が上昇するとひずみ、矩形から円管に変形できるようにした。