Principal of on-chip mechno-index activated cell sorting for understanding protoplast regeneration

本研究では、プロトプラスト再生における機械指標の時系列データの取得は、植物細胞が大気中の二酸化炭素を吸収して細胞壁に変換する反応について、単一細胞レベルでの新しい原理的理解を提供する。その理解に基づき、植物細胞培養の好適条件を決定すれば、カーボンニュートラル社会へ向けた二酸化炭素の資源化が加速され、世界規模での社会貢献が期待できる。そこで本研究では、プロトプラストを対象とした機械指標活性型細胞ソーティングを提案し、プロトプラスト再生理解の学理の創成を目的とする。本研究では、下記の内容について、それぞれ当初の計画に沿って研究を遂行した。(I) 細胞ローディング技術：ハイスループットな機械指標計測を目的として、細胞を等間隔に計測部へと搬送するための細胞ローディング技術の確立を行う。特に、局所的に高速な流体を制御することで、粒子間隔を制御することで、細胞ローディングを達成する。(II) ハイスループット機械指標計測技術：ロボット統合型マイクロ流体チップを適用することで、経時変化するプロトプラストの機械指標計測を目指す。得られた非線形な応力―ひずみ線図等を用いることで、機械指標を計測する。これにより、経時的に変化するプロトプラストに対しても弾性・粘性といった物理量を機械指標として取得することが可能である。(III) オンチップ細胞マルチソーティング技術：提案する細胞ソーティング技術では、局所的に打ち出された少量の高速な流体が、流路壁との物理的な相互作用により渦を生成し、この渦が周りの流体を巻き込みながら成長することで圧力の壁として流路を切り替える。サイズの大きな、プロトプラスト～カルスを対象として設計論の確立を目指す。(IV) プロトプラスト再生の数理解析：オンチップ機械指標活性型細胞ソーティングシステムを用いて、プロトプラスト再生の定量的理解のための数理的理解を目指す。

本研究では、プロトプラスト再生における機械指標の時系列データの取得は、植物細胞が大気中の二酸化炭素を吸収して細胞壁に変換する反応について、単一細胞レベルでの新しい原理的理解を提供する。その理解に基づき、植物細胞培養の好適条件を決定すれば、カーボンニュートラル社会へ向けた二酸化炭素の資源化が加速され、世界規模での社会貢献が期待できる。そこで本研究では、プロトプラストを対象とした機械指標活性型細胞ソーティングを提案し、プロトプラスト再生理解の学理の創成を目的とする。本研究では、下記の内容について、それぞれ当初の計画に沿って研究を遂行した。(I) 細胞ローディング技術：ハイスループットな機械指標計測を目的として、細胞を等間隔に計測部へと搬送するための細胞ローディング技術の確立を行う。特に、局所的に高速な流体を制御することで、粒子間隔を制御することで、細胞ローディングを達成する。(II) ハイスループット機械指標計測技術：ロボット統合型マイクロ流体チップを適用することで、経時変化するプロトプラストの機械指標計測を目指す。得られた非線形な応力―ひずみ線図等を用いることで、機械指標を計測する。これにより、経時的に変化するプロトプラストに対しても弾性・粘性といった物理量を機械指標として取得することが可能である。(III) オンチップ細胞マルチソーティング技術：提案する細胞ソーティング技術では、局所的に打ち出された少量の高速な流体が、流路壁との物理的な相互作用により渦を生成し、この渦が周りの流体を巻き込みながら成長することで圧力の壁として流路を切り替える。サイズの大きな、プロトプラスト～カルスを対象として設計論の確立を目指す。(IV) プロトプラスト再生の数理解析：オンチップ機械指標活性型細胞ソーティングシステムを用いて、プロトプラスト再生の定量的理解のための数理的理解を目指す。