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2014 年度 実績報告書

超高速微細操作技術を用いた3次元細胞システム構築

計画研究

研究領域超高速バイオアセンブラ
研究課題/領域番号 23106005
研究機関大阪大学

研究代表者

新井 健生  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90301275)

研究分担者 小嶋 勝  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00533647)
谷川 民生  独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (30357470)
前 泰志  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50304027)
大原 賢一  名城大学, 理工学部, 准教授 (50517886)
吉川 洋史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
松井 裕史  筑波大学, 医学医療系, 講師 (70272200)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2016-03-31
キーワードマイクロマニピュレーション / 高速3次元計測 / 3次元細胞システムパーツ / 3次元細胞システム / in vitro活性
研究実績の概要

in vitroにおいて活性化した3次元細胞システムの構築プロトコルの確立を目指し、本研究では、大きく次の3つの課題を設定して研究を推進した.1.マイクロ流体チップを用いた細胞パーツの生成、2.可変モールドを用いた任意形状3次元細胞パーツの生成、3.高速細胞システム構築技術の開発.本年度は各課題における生成法の自動化のための技術検証結果に基づいた方法論の確立および細胞パーツ形成・評価に取り組んだ.
【マイクロチップを用いた細胞パーツの生成】細胞パーツ構築を目的とし,自動的に細胞パーツを生成するためのシステム設計した.マイクロ流体チップを用いたトロイダル形状スフェロイドの生成プロトコルについて,試作チップから得られた研究結果に基づき再設計したマイクロ流体チップを用い,細胞パーツの形成を行った.
【任意形状3次元細胞パーツの生成】新規可変モールドシステムを構築し,細胞シート形成技術と組み合わせ,任意形状の3次元細胞パーツの生成を行なった.微小流路内でハイドロゲルを生成して細胞を内包する手法を用い,これらの配置をロボットアームで自動化することで,任意形状の細胞を内包したパーツの構築法を開発した.また,マイクロチップ形成技術を利用し,任意形状の細胞パーツを形成に利用可能である2次元マイクロヒータアレイデバイスを開発した.
【3次元細胞システムの高速構築技術の開発】in vitro環境で活性化する3次元細胞システムの構築において,高速な3次元細胞パーツの組立のため,マイクロハンドの高速化を行った.振動を用いたリリース手法の開発,3次元細胞パーツの高速検出アルゴリズム・自動マニピュレーションシステムの統合、顕微鏡システムのユーザインタフェースの研究開発を行った.
以上に加え,公募研究との連携により,1)足場環境と組織形成の関係性を明らかにした.2)選択的な1細胞回収法の開発等の成果を上げた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

3次元細胞システムパーツの構築法としてマイクロチップを応用した方式,ロボットアームを応用した方式,マイクロハンドによる高速操作を応用した方式を提案し,それぞれ管状,複雑形状の細胞パーツの構築へ応用展開しており,実施計画の通りおおむね進捗していることから,順調に進展していると判断した.

今後の研究の推進方策

各班と連携をとりながら具体的な臓器を模倣した,例えば肝臓等の機能を持つ3次元細胞システム開発に取り組む.また,新たな公募研究との連携により,血管網の構築法等の細3次元胞システム構築技術の開発に取り組む.

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (23件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] High-Speed Automated Manipulation of Microobjects Using a Two-Fingered Microhand2015

    • 著者名/発表者名
      Ebubekir Avci, Kenichi Ohara, Chanh-Nghiem Nguyen, Chayooth Theeravithayangkura, Masaru Kojima, Tamio Tanikawa, Yasushi Mae and Tatsuo Arai
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      巻: vol.62, no.2 ページ: 1070,1079

    • DOI

      10.1109/TIE.2014.2347004

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Flexible microscaffold facilitating the in vitro construction of different cellular constructs2014

    • 著者名/発表者名
      Puwanan Chumtong, Masaru Kojima, Mitsuhiro Horade, Kenichi Ohara, Kazuto Kamiyama, Yasushi Mae, Yoshikatsu Akiyama, Masayuki Yamato and Tatsuo Arai
    • 雑誌名

      ROBOMECH Journal2014

      巻: 1-9 ページ: 1,10

    • DOI

      10.1186/s40648-014-0009-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Indomethacin-induced generation of reactive oxygen species leads to epithelial cell injury before the formation of intestinal lesions in mice2014

    • 著者名/発表者名
      Tomita T, Sadakata H, Tamura M, Matsui H
    • 雑誌名

      JOURNAL OF PHYSIOLOGY AND PHARMACOLOGY 2014

      巻: 65(3) ページ: 435,440

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence-based co-culture of normal and cancerous cells as an indicator of therapeutic effects in cancer2014

    • 著者名/発表者名
      Tamura M, Matsui H, Hyodo I, Tanaka J, Miwa Y
    • 雑誌名

      European Journal of Pharmaceutical Sciences

      巻: 63 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.ejps.2014.06.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical cell separation from three-dimensional environment in photodegradable hydrogels for pure culture techniques.2014

    • 著者名/発表者名
      Tamura M, Yanagawa F, Sugiura S, Takagi T, Sumaru K, Matsui H, Kanamori T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 4793

    • DOI

      10.1038/srep04793

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitochondrial reactive oxygen species accelerate the expression of heme carrier protein 1 and enhance photodynamic cancer therapy effect.2014

    • 著者名/発表者名
      Ito H, Matsui H, Tamura M, Majima HJ, Indo HP, Hyodo I
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      巻: 55-1 ページ: 67,71

    • DOI

      10.3164/jcbn.14-27

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective accumulation of [62Zn]-labeled S-glycosylated porphyrin glycoconjugated porphyrins as multi-functional positron emission tomography tracers in cancer cells.2014

    • 著者名/発表者名
      Tamura M, Matsui H, Hirohara S, Kakiuchi K, Tanihara M, Takahashi N, Nakai K, Kanai Y, Watabe H, Hatazawa J
    • 雑誌名

      Bioorganic & medicinal chemistry

      巻: 22(8) ページ: 2563,2570

    • DOI

      10.1016/j.bmc

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acetaldehyde is an oxidative stressor for gastric epithelial cells2014

    • 著者名/発表者名
      Tamura M, Ito H, Matsui H, Hyodo I
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      巻: 55(1) ページ: 26,31

    • DOI

      10.3164/jcbn.14-12

    • 査読あり
  • [学会発表] 細胞操作支援用自動ステージの構築2014

    • 著者名/発表者名
      山本 幸太朗,小嶋 勝,神山 和人,洞出 光洋,前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      第15回システムインテグレーション部門講演会
    • 発表場所
      東京ビッグサイト,江東区,東京都
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-17
  • [学会発表] 細胞・足場間相互作用計測用足場の開発2014

    • 著者名/発表者名
      平野 佑,小嶋 勝,神山 和人,洞出 光洋,前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      第15回システムインテグレーション部門講演会
    • 発表場所
      東京ビッグサイト,江東区,東京都
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-17
  • [学会発表] Cell Stiffnass Measurement Using Two-fingered Micro-hand Equipped with Plate-shaped End Effector2014

    • 著者名/発表者名
      Nyamdorj Khangai, Masaru Kojima, Mitsuhiro Horade, Kazuto Kamiyama, Shinji Sakai, Yasushi Mae, Tatsuo Arai
    • 学会等名
      11th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence(URAI2014)
    • 発表場所
      Kuala Lumpur, Malaysia
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-15
  • [学会発表] Automated Construction System for Fine Lattice Shape Structures Based on Alginate Gel Fiber2014

    • 著者名/発表者名
      Akira Fukushima, Masaru Kojima, Kenichi Ohara, Mitsuhiro Horade, Kazuto Kamiyama, Yasushi Mae, Tatuo Arai
    • 学会等名
      2014 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2014)
    • 発表場所
      NagoyaUniversity, Nagoya, Aichi
    • 年月日
      2014-11-09 – 2014-11-12
  • [学会発表] Real-time Local Environment Stimulation System with Visual Feedback Control2014

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Motoyoshi, Masaru Kojima, Kenichi Ohara, Mitsuhiro Horade, Kazuto Kamiyama, Yasushi Mae, and Tatsuo Arai
    • 学会等名
      2014 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science(MHS2014)
    • 発表場所
      NagoyaUniversity, Nagoya, Aichi
    • 年月日
      2014-11-09 – 2014-11-12
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF MICRO-HEATER ARRAY DEVICE WITH REGIONAL SELECTIVE HEATING FOR BIOCHEMICAL APPLICATIONS2014

    • 著者名/発表者名
      M. Horade, M. Kojima, K. Kamiyama, Y. Mae, and T. Arai
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, U.S.A
    • 年月日
      2014-10-26 – 2014-10-30
  • [学会発表] MOVEMENT OF ASYMMETRIC SHAPE MICRO STRUCTURE ON BACTERIAL SHEET2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kojima, M. Horade, K. Kamiyama, Y. Mae, T. Fukuda and T. Arai
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, U.S.A
    • 年月日
      2014-10-26 – 2014-10-30
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF THE OPTIMUM END-EFFECTOR FOR TWO-FINGERED MICRO-HANDS SYSTEM TO SUPPORT CELL MANIPULATION2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kurata, M. Horade, M. Kojima, K. Kamiyama, Y. Mae, T. Arai
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2014)
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, U.S.A
    • 年月日
      2014-10-26 – 2014-10-30
  • [学会発表] 高速高精度細胞操作に適したマイクロハンド用エンドエフェクタの開発2014

    • 著者名/発表者名
      洞出光洋,蔵田智之,小嶋勝,神山和人,前泰志,新井健生
    • 学会等名
      第31回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      くにびきメッセ,松江市,島根県
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-22
  • [学会発表] Development of Chemical Stimulation System for Local Environment Control by Using Combination of Spout and Suction from Dual Pipettes2014

    • 著者名/発表者名
      T. Motoyoshi, M. Kojima, K. Ohara, M. Horade, K. Kamiyama, Y. Mae, and T. Arai
    • 学会等名
      IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2014)
    • 発表場所
      Chicago, U.S.A
    • 年月日
      2014-09-14 – 2014-09-18
  • [学会発表] On-chip flexible scaffold for construction of multishaped tissues.2014

    • 著者名/発表者名
      P. Chumtong, M. Kojima, M. Horade, K. Ohara, K. Kamiyama, Y. Mae, Y. Akiyama, M. Yamato, T. Arai
    • 学会等名
      2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2014)
    • 発表場所
      Chicago, U.S.A
    • 年月日
      2014-09-14 – 2014-09-18
  • [学会発表] ロボティクスを基盤とした細胞計測・操作・構築2014

    • 著者名/発表者名
      小嶋 勝, 洞出 光洋, 大原 賢一, 神山 和人, 前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      第66回日本生物工学会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター,札幌市,北海道
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞培養可能なゲルファイバを用いた微細格子組織構築システム2014

    • 著者名/発表者名
      福島英, 小嶋 勝,大原賢一, 洞出 光洋,神山和人, 前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      第32回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      九州産業大学,福岡市,福岡県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-06
  • [学会発表] エンドエフェクタに付与された振動により発生する周辺水流の現象解析2014

    • 著者名/発表者名
      服部 貴享,神山 和人,小嶋 勝,洞出 光洋,前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      第32回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      九州産業大学,福岡市,福岡県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-06
  • [学会発表] バイオ応用を目的とした局所選択的加熱可能な マイクロヒータアレイデバイスの開発2014

    • 著者名/発表者名
      洞出光洋,小嶋勝,神山和人,前泰志,新井健生
    • 学会等名
      第32回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      九州産業大学,福岡市,福岡県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-06
  • [学会発表] Vibration Reduction of Microhand Used in Transporting Operations2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Kurata, Ebubekir Avci, Kazuto Kamiyama, Masaru Kojima, Kenichi Ohara, Mitsuhiro Horade, Toru Ejima, Tamio Tanikawa, Yasushi Mae, Tatsuo Arai
    • 学会等名
      2014 International Symposium on Flexible Automation (ISFA2014)
    • 発表場所
      Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji-Island,Hyogo
    • 年月日
      2014-07-14 – 2014-07-16
  • [学会発表] Quantitative evaluation of cancer cell adhesion by functional substrate and opticasl interferometric technique2014

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshikawa
    • 学会等名
      The 12th Japan-Korea Joint Symposium on Cancer and Ageing Research
    • 発表場所
      埼玉県立がんセンター,北足立郡伊奈町,埼玉県
    • 年月日
      2014-06-19 – 2014-06-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of Flagellar Motor Using a Real-time Local Environment Chemical Stimulation System.2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kojima, T. Motoyoshi, K. Ohara, H. Mitsuhiro, K. Kamiyama, Y. Mae and T. Arai
    • 学会等名
      2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014)
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2014-05-31 – 2014-06-07
  • [学会発表] Dynamic releasing of biological cells at high speed using parallel mechanism to control adhesion forces2014

    • 著者名/発表者名
      E. Avci, H. Yabugaki, T. Hattori, K. Kamiyama, M. Kojima, Y. Mae, T. Arai
    • 学会等名
      2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014)
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2014-05-31 – 2014-06-07
  • [学会発表] 次元リソグラフィ技術を応用した細胞システム構築用マイクロチャンバアレイの開発2014

    • 著者名/発表者名
      洞出光洋, 小嶋勝, プワナンチュムトン, 神山和人, 前泰志,新井健生
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014講演論文集
    • 発表場所
      富山国際会議場, 富山市,富山県
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
  • [学会発表] 細胞操作を支援する二本指マイクロハンド用高機能エンドエフェクタの開発2014

    • 著者名/発表者名
      蔵田智之, 洞出光洋, 小嶋勝, 神山和人, 前泰志, 新井健生
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014講演論文集
    • 発表場所
      富山国際会議場, 富山市,富山県
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
  • [学会発表] 2本指マイクロハンドを用いた把持対象物の動的リリース手法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      服部 貴享,神山 和人,小嶋 勝,洞出 光洋,前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014講演論文集
    • 発表場所
      富山国際会議場, 富山市,富山県
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
  • [学会発表] マイクロハンドによる操作支援を目的とした自動ステージの構築2014

    • 著者名/発表者名
      山本 幸太朗,小嶋 勝,神山 和人,洞出 光洋,前 泰志, 新井 健生
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014講演論文集
    • 発表場所
      富山国際会議場, 富山市,富山県
    • 年月日
      2014-05-25 – 2014-05-29
  • [備考] 超高速バイオアセンブラHP

    • URL

      http://bio-asm.jp/

  • [産業財産権] ヒーターアレイ、デバイス、ヒーターアレイの製造方法2014

    • 発明者名
      洞出光洋,小嶋勝,神山和人,前泰志,新井健生
    • 権利者名
      国立大学法人大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-178616
    • 出願年月日
      2014-06-04
  • [産業財産権] 画像生成法、画像生成装置、及び画像生成装置を備えた内視鏡検査装置2014

    • 発明者名
      新井健生,前泰志,小嶋勝,大原賢一,松井裕史
    • 権利者名
      学校法人名城大学、国立大学法人筑波大学、国立大学法人大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-098076
    • 出願年月日
      2014-05-09

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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