| 研究課題/領域番号 |
17H04913
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
佐久間 臣耶 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40724464)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 機械的特性計測 / スフェロイド / ソーティング / MEMS / microTAS |
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| 研究実績の概要 |
細胞凝集体(スフェロイド)を器官原器へと分化誘導する過程において，分化誘導に対する培養時の基材とスフェロイドのそれぞれの機械的な相互作用はほとんど知られていない．そこでこの影響を調査するために，本研究ではハイスループットにスフェロイドの硬さ等の機械的特性を計測しマルチ(多分岐)にソーティングする，機械的特性を指標としたマルチオンチップソーティングシステムの構築を行う．本研究において最大の課題は，スフェロイドの機械特性に応じてソーティングするシステムの構築である．そこで，本研究では，間葉系幹細胞(MSC：Mesenchymal Stem Cell)のスフェロイドを対象としてシステムの構築を行った．ロボット統合型マイクロ流体チップ内にスフェロイドを導入した後， 2台のシリンジポンプにてチップの計測部にて位置制御を行った後，オンチップ力センサプローブを駆動することでスフェロイドの硬さ評価を行った．さらに，この硬さを機械指標とし，ソート用のローラーポンプを駆動することで，対称の微粒子を搬送流路の分岐部にて上下に振り分けた．構築した自動計測・分取システムの指標計測スループット評価を，26個のMSCスフェロイドを用いて行い，手動計測のスループットの約2倍となる3.14 spheroids/minを達成した．また，MSCスフェロイドとマイクロビーズの混合溶液を用いたソーティングの基礎評価を行い，MSC: 5個/5個，ビーズ: 5個/5個の，連続した機械指標活性型オンチップソーティングを達成した．本年度の成果を国内学会2件，国際学会1件で発表し，さらに，国内学会1件，国際学会1件，および，論文1件に投稿中である．今後は，さらなるスループットの向上と，機械特性の指標化，および，培養時の基材とスフェロイドのそれぞれの機械的な相互作用評価が課題である．
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| 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
本研究では，代表者が研究計画・実験・解析・まとめを総合して行った．
(1) ロボット統合型マイクロ流体チップの設計・作製技術：スフェロイドの機械特性に基づくソーティングを行うために，ソーティング時の流体制御による圧力変動に対してロバストなチップを作製するために， MEMS 技術を用いて，ガラス－シリコン系の材料で構成した高剛性なロボット統合型マイクロ流体チップの設計および作製を行った．
(2) スフェロイドの機械的特性計測と指標化：フロー系での連続計測を目標とした機械特性の指標化のために，ゴム弾性理論を基に，ヤング率の計測を実施した．また，連続的な機械特性計測のために，この指標計測アルゴリズムをオンラインシステムへの実装を行った．
(3) オンチップソーティング技術：昨年度までに構築した高速流体制御技術を基本として，スフェロイドの機械的特性に基づくソーティングシステムを構築した．構築した自動計測・分取システムの指標計測スループット評価を，26個のMSCスフェロイドを用いて行い，手動計測のスループットの約2倍となる3.14 spheroids/minを達成した．
(4) 培養時の基材とスフェロイドのそれぞれ硬さの機械的作用の調査：間葉系幹細胞(MSC：Mesenchymal Stem Cell)のスフェロイドの培養に取り組み，培養条件を変えた際の機械的指標計測に取り組んだ．今後は，機械的特性を調整して作製した基材上で培養することで，相互作用の評価に取り組む．
(5) MechACS システムの構築技術：MSCスフェロイドとマイクロビーズの混合溶液を用いたソーティングの基礎評価を行い，MSC: 5個/5個，ビーズ: 5個/5個の，連続した機械指標活性型オンチップソーティングを達成した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，代表者が研究計画・実験・解析・まとめを総合して行い，大きく次の6 つの研究項目を挙げ研究を推進する．
(1) ロボット統合型マイクロ流体チップの設計・作製技術：前年度までに構築した，MEMS 技術を用いて，ガラス－シリコン系の材料で構成した高剛性なロボット統合型マイクロ流体チップの改良および評価を行う．(2) スフェロイドの機械的特性計測と指標化：前年度までに構築した，ゴム弾性理論に基づく機械特性の指標化のさらなる深化を行い，フロー系での高速な連続計測を目指す．(3) オンチップソーティング技術：昨年度までに構築した，シリンジポンプとオンラインの高速度ビジョンを用いた画像フィードバックシステムの改良を行い，ロボストなソーティングシステムの構築を目指す．(4) 培養時の基材とスフェロイドのそれぞれ硬さの機械的作用の調査：ソーティング後のスフェロイドを，機械的特性を調整して作製した基材上で培養することで，相互作用の評価に取り組む．(5) MechACS システムの構築技術：昨年度までに上記(1)～(3)の技術を統合し，構築したMechano-index Activated Cell Sorting (MechACS)システムのプロトタイプの改良および評価を行う．(6) 研究総括・まとめ：自己による進捗確認および評価を行い，計画の修正を行う．
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