2019 Fiscal Year Research-status Report
アクティブマターとしての集団精子遊泳のバイオメカニクスと形態進化解析への展開
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18K12052
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
百武 徹 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20335582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 学 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 電子技術部, 主任研究員 (80426361)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 哺乳類精子 / マイクロ流体デバイス / 精子選別 / 集団遊泳 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目は１年目に引き続き，運動精子回収量の増加が見込まれる複数の流路形状を３次元ＣＡＤで設計し，３Ｄプリンタを用いて鋳型モデルを作製した．その後，この鋳型モデルを用いてPDMSを用いたソフトリソグラフィを実施し，新形状のマイクロチャネルを完成させた．試作の結果，チャネルのすき間の壁に沿って集まる精子の特性（走触性）を利用することで，精子濃度を高められる可能性があることが明らかとなった．そこで次に，この走触性を活かせるチャネル形状の検討を進めた．いくつかの形状を試作した結果，特定箇所に精子が集まり，精子濃度が大きく上昇する形状を設計することができた．このチップを用いて，チャネル内の精子濃度を経過時間とともに測定観察した．精液は，神奈川県酪農業協同組合連合会より購入した牛の凍結精液を融解させて用いた．精子の観察には位相差顕微鏡を使用し，ハイスピードデジタルCCDカメラを用いて動画撮影を行った．また，精子の運動特性は温度の影響を大きく受けることが報告されているため，マイクロ流体チップ底部にサーモプレートを組み込み，実験中の溶液温度を雌牛の体温と同等に保った状態で実験を行った．測定観察の結果，時間の経過とともに，精子濃度の増加が見られ，時間が20分を経過した後に先行研究の性能を超え，約4倍の精子濃度を達成した．加えて，チャネル内精子の走流性について調査を行った．チャネル内に流れがある場合とない場合とについて比較した結果，流れがあることによって，流れとは反対の向きに遊泳する精子の割合が増加した．また，精子の遊泳特性はせん断応力の有無に大きく影響していることが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
卵管内を模擬したデバイスの最適化に向けて複数回の製作・評価を繰り返すことが可能となった点は成果として非常に大きい．当初予定していた集団としての精子鞭毛運動についての成果はまだないが，精子の走触性，走流性について重要な知見を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
実際の体外受精に製作したチップを適用するためには，卵子を用いたin vitro実験が必要不可欠である．2年目後半は試行として，体外受精卵移植事業で実績のあるJA全農ET研究所の施設を利用することで，ウシの卵子を用いたin vitro実験も追加で行ったが，ウシの凍結精液ストローに用いられているグリセリンの影響で，既存の方法に対して受胎性の有意な増加は見られなかった．しかしながら，２年目までにチップの設計から作製，評価までのプロセスが確立されたことで問題点のフィードバックを迅速に行うことが可能となったため，今後はJA全農ET研究所の協力のもと，さらに最適設計されたマイクロ流体チップの開発を行っていく予定である．
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| Causes of Carryover |
当初予定していた、溝付きマイクロ流路の製作が遅れ、２年目は、１年目に購入した実験機器を用いた通常のマイクロ流路にて実験を行った。３年目は、溝付きマイクロ流路の製作に予算を充てる予定である。
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