2021 Fiscal Year Annual Research Report
生体リズムを模倣する体内循環システム集積型「ボディ・オン・チップ」の開発
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19H02572
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
平井 義和 京都大学, 工学研究科, 講師 (40452271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀井 謙一郎 京都大学, 高等研究院, 准教授 (00588262)
田畑 修 京都先端科学大学, 工学部, 教授 (20288624)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Body on a Chip / 組織チップ / マイクロ流体デバイス / 圧力センサ / 微細加工 / グレースケールリソグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ボディ・オン・チップ（組織チップ）で生体リズムを模倣するために必要な培養液の圧力場を形成、それを高精度に測定・制御するための各流体制御機能（センサ、アクチュエータ）の要素技術を実装したマイクロ流体デバイスが細胞アッセイに適用できることを実証するとともに、それらが統合されたボディ・オン・チップ開発への新しい道を切り開いた。
まず、心臓拍動を模倣した圧力波形を生成するための流体デバイスについて、その各構成要素（マイクロ流路・コンプライアンス要素など）を電気等価回路による集中定数回路モデルを用いた数値解析法と流体―構造連成解析による有限要素解析法を融合した手法で設計した。肝組織（スフェロイドやオルガノイド）への圧力刺激を予測結果からデバイスの主要寸法を決定し、３次元リソグラフィ技術を適用したソフトリソグラフィでＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）製デバイスを作製した。このデバイスに肝組織（スフェロイド）を導入し、まず、心臓拍動による圧力刺激が設計どおりに肝組織に印加できることを確認した。次に、この圧力刺激によるカルシウムイメージングと機能性マーカーを指標とした肝組織の応答を評価した。その結果、異なる波形・振幅の圧力刺激を印加すると、心臓拍動による圧力刺激を再現した場合に肝組織の機能が成熟する傾向の知見が得られた。
またヒト多能性幹細胞由来組織の肝臓オルガノイドの培養液中に、人為的に高濃度の脂肪を添加して、その症状を再現する疾患モデルの構築にも取り組んだ。さらに、ヒト多能性幹細胞から肝臓細胞への分化誘導中に３９度の熱刺激を与えることで、肝機能が増強することも発見した。これらの実験結果は、組織チップの微小環境で種々の物理的刺激を印加して生体リズムを模倣することの優位性を明らかにするとともに、従来の単純な臓器連結モデルを超える高度なボディ・オン・チップが開発できることを示唆している。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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