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本研究課題では，分子の時空間的制御が可能なマイクロ流体デバイスの設計・作製を行い，幹細胞の分化を決定づける時空間的な要因の解析を目指した培養システムの構築と実証実験を行った．
従来の培養皿などを用いた細胞培養法は一様な環境下での培養条件であるのに対し，マイクロ流路内の分化因子などの時空間的パターンを連続的に制御可能な細胞培養システムを設計し構築した．本システムの基本構成部分は，厳密な制御が可能なシリンジポンプと自動制御可能な多チャンネルポンプコントローラを導入し構築した．また，複数の培養液用入力ポートと細胞導入用ポートなどを備えた細胞培養用マイクロ流体デバイスを設計・作成した．さらに培養用デバイスの流路設計やフロー系条件などの最適化を実施し，マイクロ流路内の分子の時空間的なパターン制御の検証を行った．蛍光色素などを用いた時空間的パターン制御や細胞培養条件下での検証実験から，本デバイスではマイクロ流路内の分子の濃度およびその時空間的分布を短時間で連続的に制御可能であることが確認された．
次に，マウスiPS細胞を用いてマイクロ流路内における未分化維持因子の空間的パターンを制御する実証実験を行った．細胞培養用デバイス内にマウスiPS細胞を播種し，未分化維持培地で前培養を行った後，培養チャネル内の未分化維持因子の空間的な分布を制御した．経時的に未分化マーカーの発現レベルの解析を行った結果，未分化維持因子の空間的な分布に対応して未分化マーカーの発現が維持されている細胞と低下している細胞が見られた．このことから，本細胞培養デバイスでは連続的に分子の時空間的な制御を行い，培養チャネル内において異なる条件下での細胞培養が可能であることが確認された．本システムは分化因子などの時空間的制御という視点から，細胞の分化メカニズムなどの詳細な解析への応用が可能な細胞培養デバイスであることが実証された．
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