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2013 年度 実施状況報告書

マイクロピラーを実装した革新的細胞遊走性評価デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25560187
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関北海道大学

研究代表者

大橋 俊朗  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30270812)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードバイオメカニクス / マイクロ・ナノデバイス
研究概要

細胞遊走は組織や臓器の発達と恒常性の維持に関わる細胞の基本的な機能であり,かつ損傷治癒部位への血管新生や癌の転移など様々な疾患の発達やその治癒に関わる重要なプロセスでもある.細胞遊走は細胞運動の一形態であり,細胞が周囲の組織・組織に対して力を発生することで遊走を実現させていることからその運動メカニズムを力学的に解明することは細胞の基本的機能を理解し,さらに細胞遊走性の制御を試みる上で重要である.そこで本研究課題では,細胞遊走時における細胞の力学的挙動の詳細な解析が可能な革新的マイクロチャネルデバイスを開発することを目的とする.
今年度はマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの設計および製作に取り組んだ.本デバイスはポリジメチルシロキサン(PDMS)により作製した.細胞をコンフルエント状態まで培養させるために設けられた液溜め部,およびその片側に接続された細胞が遊走するための複数のマイクロチャネル(幅200 μm,高さ50 μmを予定)により構成される.マイクロチャネルは6本で1ユニットを構成し,一端が1つのシリンジポートに接続するように,合計4ユニット24本のマイクロチャネルおよび4つのシリンジポートを設けた.マイクロチャネルは底面にマイクロピラーが組み込まれていない参照用マイクロチャネルと底面にマイクロピラーを組み込んだマイクロチャネルを設けた.典型的なマイクロピラーの寸法は高さ8 μm,直径3 μm,中心間距離 8 μmである.

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

本年度の計画に掲げたマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの設計および 作製ともに順調に取り組むことができた.マイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスの作製の概要は以下の通りである.本デバイスはMEMS技術によりシリコンウエハ上にフォトレジストを成膜してマスターを作製した後,ソフトリソグラフィー技術によりPDMSで型取りしてパターンを転写する方法により作製した.本デバイスの構造は,マイクロチャネルの底面にマイクロピラーが組み込まれた複雑な構造を有する.マイクロチャネルの高さは50 μm程度を想定しているため,厚膜フォトレジストSU-8を用いた.続いて,ソフトリソグラフィーにおいては1回目の型取りでネガティブモールドを作製し,表面をシランコーティングしてPDMS同士の接着性を防止した後,2回目の型取りで最終形状を得るというDouble casting法を用いた.作製したデバイスの形状は形状測定レーザー顕微鏡やSEMを用いて観察し,設計値との比較を行い適宜修正した.

今後の研究の推進方策

初年度に設計・作製したマイクロピラー実装マイクロチャネルデバイスを用いて平成26年度では細胞遊走実験
を行う.細胞は遊走する際に基質に対して摩擦力(牽引力)を発生させながら前進する.したがって,PDMS製マイクロピラーはこの牽引力によりたわみを生じるため,このたわみを計測することにより牽引力を推定することができる.観察は倒立方顕微鏡下にて30分~1時間毎に24時間まで行い,細胞遊走に伴う牽引力ダイナミクスを評価する.またGFP-アクチンを予め導入することで細胞遊走時の骨格構造変化も追跡する.すなわち,細胞牽引力,細胞遊走速度,骨格構造変化を経時的に評価することで細胞遊走の力学的メカニズムを考察するものである.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] マイクロデバイスを用いた細胞バイオメカニクス解析2014

    • 著者名/発表者名
      大橋 俊朗
    • 学会等名
      数学・数理科学と諸科学・産業との協働による イノベーション創出のための研究推進プログラム
    • 発表場所
      明治大学(東京)
    • 年月日
      20140226-20140228
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチチャネルデバイスを用いた細胞遊走観察と牽引力計測2013

    • 著者名/発表者名
      大橋 俊朗, 菅原 章人, Justin Cooper-White
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2013材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      岐阜大学(岐阜市)
    • 年月日
      20131011-20131014
  • [学会発表] Microdevices for Mechanical Characterization and Mechanical Responses of Cells2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi
    • 学会等名
      日本化学工学会70回記念大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      20130928-20130930
  • [学会発表] マイクロチャネルデバイスを用いた細胞遊走観察と牽引力計測2013

    • 著者名/発表者名
      大橋 俊朗, 菅原 章人, Justin Cooper-White
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 年月日
      20130909-20130911
  • [学会発表] Traction Force Measurement During Collective Cell Migration Measured by Multichannel Micropillar Device2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohashi, A. Sugawara
    • 学会等名
      ASME 2013 11th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      20130616-20130619
  • [学会発表] マイクロチャネルデバイスを用いた細胞遊走時の牽引力計測2013

    • 著者名/発表者名
      大橋 俊朗, 菅原 章人, Justin Cooper-White
    • 学会等名
      第36回日本バイオレオロジー学会年会
    • 発表場所
      九州大学西新プラザ(福岡市)
    • 年月日
      20130606-20130608

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公開日: 2015-05-28  

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