肝細胞スフェロイドチップの開発

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18860017
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 福田 淳二 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 講師 (80431675)
• キーワード: 肝細胞 / スフェロイド / 細胞チップ / 創薬スクリーニング / 薬物代謝酵素 / マイクロコンタクトプリンティング / フォトリソグラフィ / RGDペプチド

研究概要

創薬スクリーニング等への応用が期待される細胞チップの開発には、そのセンサー部を担う細胞自身の生存・機能を基板上で長期的に維持することが重要である。本研究では、均一な粒径のスフェロイドを規則的に高密度配列する方法について検討を行った。シャープな微細加工を実現するためにフォトリソグラフィー技術を用い、直径300μmの円柱状キャビティを約1000個/cm^2の密度で規則的に形成する技術を確立した。次に、キャビティ内におけるスフェロイドの形成促進・脱落防止を目的として、キャビティ底面に接着/非接着高分子を化学修飾した。すなわち、キャビティを形成したチップ表面に金をスパッタし、マイクロコンタクトプリンティング法を用いて、キャビティ底面中央の直径100μmの範囲へ細胞接着ペプチド(RGDペプチド)を、それ以外の部位にポリエチレングリコールを金-チオール結合を利用して化学的に固定した。この基板にラット初代肝細胞を播種し、スフェロイドの形成および機能維持を評価した。その結果、肝細胞は培養24時間でキャビティ底面中央にスフェロイドを形成した。スフェロイドの粒径は、その86%が直径160〜180μmであり均一であった。アンモニア除去能およびアルブミン分泌能は、少なくとも評価を行った2週間は初期活性を維持した。また、本基板は光学的に透明であり、蛍光検出によってスフェロイド構成細胞の基本構造(細胞骨格やミトコンドリア)やP-450活性などを検出可能であった。以上より、本基板は、長期的な薬物スクリーニング試験などに応用可能であることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Novel hepatocyte culture system by using micro-fabrication and collagen/PEG micro-contact printing (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Fukuda, Y.Sakai, K.Nakazawa
  • 雑誌名: Biomaterials 27・7 ページ: 1061-70
• [雑誌論文] Galactose-PEG dual conjugation of β-(1→3)-D-glucan schizophyllan for antisense oligonucleotides delivery to enhance the cellular uptake (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Karinaga, T.Anada, M.Mizu, K.Koumoto, J.Fukuda, K.Nakazawa, T.Hasegawa, M.Mumata, S.Shinkai, K.Sakurai
  • 雑誌名: Biomaterials 27・8 ページ: 1626-35
• [雑誌論文] Hepatocyte spheroid formation on a titanium dioxide gel surface and hepatocyte long-term culture (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Nakazawa, S-W.Lee, J.Fukuda, D-H.Yang, T.Kunitake
  • 雑誌名: Journal of Materials Science : Materials in Medicine 14・4 ページ: 359-64
• [雑誌論文] Micropatterned cell co-cultures using layer-by-layer deposition of extracellular matrix components (2006)
  • 著者名/発表者名: J.FUkuda, A.Khademhosseini, J.Yeh, G.Eng, J.Cheng, O.Farokhzad, R.Langer
  • 雑誌名: Biomaterials 27・8 ページ: 1479-86
• [雑誌論文] Interplay of biomaterials and micro-scale technologies for advancing biomedical applications (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Khademhosseini, C.Bettinger, J.Karp, J.Yeh, Y.Ling, J.Borenstein, J.Fukuda, R.Langer
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science : Polymer Edition 17・11 ページ: 1221-40
• [雑誌論文] Micromolding of photocrosslinkable chitosan hydrogel for spheroid microarray and co-cultures (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Fukuda, A.Khademhosseini, Y.Yeo, X.Yang, J.Yeh, G.Eng, J.Blumling, CF Wang, D.Kohane, R.Langer
  • 雑誌名: Biomaterials 27・30 ページ: 5295-67
• [雑誌論文] Micromolding of photocrosslinkable hyaluronic acid for cell encapsulation and entrapment (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Khademhosseini, G.Eng, J.Yeh, J.Fukuda, J.3rd Blumling, R.Langer, JA.Burdick
  • 雑誌名: Journal Biomedical Materials Research A 79・3 ページ: 522-32
• [雑誌論文] Co-culture of Human Embryonic Stem Cells with Murine Embryonic Fibroblasts on Microwell Patterned Substrates (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Khademhosseini, L.Ferreira, J.Blumling III, J.Yeh, J.Karp, J.Fukuda, R.Langer
  • 雑誌名: Biomaterials 27・36 ページ: 5968-77
• [雑誌論文] Hepatocyte spheroid culture on a poly-dimethylsiloxane chip having microcavities
  • 著者名/発表者名: K.Nakazawa, Y.Izumi, J.Fukuda, T.Yasuda
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science-polymer edition in press
• [雑誌論文] On-chip handling of solutions and electrochemiluminescence detection of amino acids
  • 著者名/発表者名: H.Hosano, W.Satoh, J.Fukuda, H.Suzuki
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B in press
• [雑誌論文] Electrochemical microsystem with porous matrix packed beds for enzyme analysis
  • 著者名/発表者名: K.Morimoto, S.Upadhyay, T.Higashiyama, N.Ohgami, H.Kusakabe, J.Fukuda, H.Suzuki
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B in press
• [雑誌論文] Electrochemical immunoassay on a microfluidic device with sequential injection and flushing functions
  • 著者名/発表者名: N.Nashida, W.Satoh, J.Fukuda, H.Suzuki
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics in press
• [雑誌論文] Enzyme Electrode Formed by Evaporative Concentration and its Performance Characterization
  • 著者名/発表者名: M.Hashimoto, N.Sakamoto, S.Upadhyay, J.Fukuda, H.Suzuki
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B in press