バイオ化学ICの創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305017
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 生田 幸士 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90212745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成瀬 恵治 名古屋大学, 医学研究科, 助教授 (40252233) ; 野方 誠 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80335067) ; 丸尾 昭二 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00314047) ; 長谷川 忠大 大阪工業大学, 工学部, 講師 (10340605) ; 長倉 俊明 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 助教授 (40288577)
• Keywords: バイオ化学IC / マイクロ光造形法 / 光硬化性樹脂 / 生体適合性材料 / テーラーメイド製薬 / 体内埋込デバイス / マイクロ化学分析システム

Research Abstract

我々がこれまでに開発してきた「化学IC」の内部に細胞を内包したバイオ化学ICを開発するために下記の基礎研究を行った。
1)化学ICによる無細胞タンパク合成
化学ICのバイオ応用として、ポストゲノム研究のキーテクノロジーとなりうる「連続式無細胞タンパク合成用化学ICファミリー」を開発した。ハイブリッドマイクロ光造形法を用いて、限外濾過膜やバルブ等を一体成形することで各化学ICチップを試作した。このチップ群は、コネクタチップ、リザーバーチップ一方向バルブチップ、リアクタチップ、フォトセンサーチップの計5枚からなる。各チップをホルダーユニット内に固定し、DNAからタンパク質(ルシフェラーゼ)を8時間にわたり連続的に合成することに世界で初めて成功した。この実験より、通常の光硬化性樹脂を用いた化学ICでも、細胞抽出液やATPなどに悪影響を与えることなく、タンパク質の合成が行えることが実証された。今後、テーラーメイド製薬などへの応用が期待できる。
2)生体適合性を有する光硬化樹脂材料の検討
長期間安定して細胞を培養するバイオチップを作製するには、生体適合性の高い光硬化性樹脂材料が必要不可欠である。通常の光硬化性樹脂は、重合開始剤や安定剤など細胞毒性を有する材料が混合されているため、悪影響がでることが予想される。我々は、さまざまな光硬化性樹脂を用いて、実際に細胞培養試験を行った。その結果、高い生体適合性を有する光硬化性樹脂を見つけだし、細胞の長期培養に成功した。今後、立体的な細胞培養マイクロチップを作製し、バイオ化学ICの開発を進める予定である。

Research Products

• [Publications] S. Maruo, K. Ikuta: "Submicron stereolithography for the production of freely movable mechanisms by using single-photon polymerization"Sensors and Actuators A. 96(In press). (2002)
• [Publications] K. Ikuta, T. Hasegawa, T. Adachi: "The optimized SMA Micro pump chips applicable to liquids and gases"Proc. of 11th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers'01). 916-919 (2001)
• [Publications] K. Ikuta, K. Ikeda, A. Takahashi, S. Maruo: "Chemical IC chip family for on-chip cell-free protein synthesis from DNA"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 233-235 (2001)
• [Publications] T. Hasegawa, K. Ikuta: "Simple and effective method for hold and connect of chemical IC chip-set"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 377-378 (2001)
• [Publications] K. Ikuta, T. Adachi, T. Hasegawa: "Multi-micro pump chip to flow gases and liquids"Proc. of Micro Total Analysis Systems 2001. 233-235 (2001)
• [Publications] S. Maruo, K. Ikuta, H. Korogi: "Remote Light-driven Micromachines Fabricated by 200 nm Microstereolithography"Proc. of the IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2001). 508-512 (2001)
• [Publications] K. Ikuta, K. Ikeda, A. Takahashi, S. Maruo: "Artificial cellular device with cell-free protein synthesis ability constructed by chemical IC chips"Proc. of the IEEE Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2001). 134-139 (2001)
• [Publications] S. Maruo, K. Ikuta, H. Korogi: "Optical drive of constrained micromechanisms produced by two-photon microstereolithography with 200 nm resolution"Proc. of Fourth International Workshop on High Aspect Ratio MicroStructure Technology (HARMST'01). 57-58 (2001)
• [Publications] Takayama S., Ostuni E., LeDuc P., Naruse K., Ingber DE., Whitesides GM.: "Subcellular positioning of small molecules"Nature. 411. 10-16 (2001)
• [Publications] Wang N., Naruse K., et al.: "Mechanical behavior in living cells consistent with the tensegrity model"Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98. 7765-7767 (2001)
• [Publications] Aikawa K., Nishikimi N., Sakurai T., Nimura Y., Sokabe M., Naruse K.: "SA channel mediates superoxide production in HUVECs"Life Sciences. 69. 1717-1724 (2001)
• [Publications] Wang JG., Miyazu M., Matsushita E., Sokabe M., Naruse K.: "Uniaxial cyclic stretch induces focal adhesion kinase (fak) tyrosine phosphorylation followed by mitogen-activated protein kinase (mapk) activation"Biochem Biophys Res Commun.. 288. 356-361 (2001)
• [Publications] Murase K., Naruse K., Kimura A., Okumura K., Hayakawa T., Sokabe M.: "Protamine augments stretch induced calcium increase in vascular endothelium"Br J Pharmacol.. 134. 1403-1410 (2001)
• [Publications] M. Yamada, Y. Numaguchi, K. Okumura, M. Harada, K. Naruse, et al.: "Prostacyclin Synthase Gene Transfer Modulates Cyclooxygenase-2-Derived Prostanoid Synthesis and Inhibits Neointimal Formation in Rat Balloon-Injured Arterics"Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 22. 256-262 (2002)
• [Publications] Inoh H., Ishiguro N., Sawazaki S., Iwata H., Sokabe M., Naruse K.: "Uni-axial cyclic stretch induces activation of transcription factor nuclear factor kB in human fibfroblast cells"FASEB Journal. 16. 405-407 (2002)
• [Publications] T. Nagakura, et al.: "The Study of functional tissue characterization for arteriosclerosis estimated with continuous ultrasound image"Korea Society of Medical & Biological Engineering. 132-133 (2001)
• [Publications] 伊丹正浩、長倉俊明 他: "浸透圧バルブのマスプロダクトの検討"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 長倉俊明、伊丹正浩 他: "浸透圧バルブの力学的考察と動物実験への検討"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 宇田昌樹、長倉俊明 他: "連続超音波断層像による循環器支援診断のための汎用3D画像システムの研究"医用電子と生体工学. 39. 546 (2001)
• [Publications] 野上真子、長倉俊明 他: "多源視による定量的3次元画像の再構成の研究"医用電子と生体工学. 39. 540 (2001)
• [Publications] 長倉俊明、石原謙 他: "糖尿病治療のための自律型微小インスリン注入システムの研究"中谷電子計測技術振興財団 年報. 15. 60-64 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学ICが拓くテーラーメード化学と医療"BME. 15・10. 63-67 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学の世界を変える化学ICチップ"未来材料. 2・3. 16-23 (2001)
• [Publications] 生田幸士: "化学ICが拓くバイオマイクロデバイス"化学装置. 44・2. 48-54 (2001)
• [Publications] Koji Ikuta: "Biochemical IC Chip Family for In-chip Cell-free Protein Synthesis from DNA"Proc. of Second International Symposium on Biomimetic Materials Processing (BMMP-2). 31-32 (2001)
• [Publications] 丸尾昭二, 生田幸士(分筆): "「光マイクロマシンにおける微細加工プロセス・材料技術とデバイスの応用展開」"技術情報協会(In press). (2002)
• [Publications] 長倉俊明(分筆担当): "MEの基礎知識と安全管理"南江堂. 440 (2002)
• [Publications] 長倉俊明(分筆担当): "ナノ・マイクロマシン技術総覧"産業技術サービスセンター(印刷中). (2002)