生体組織融合バイオMEMS技術による生命機械システムの構築と制御

利用生物组织融合生物MEMS技术构建和控制生物力学系统

• 批准号: 18048016
• 负责人: 森島 圭祐
• 金额: $ 7.23万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18048016/
• 关键词: マイクロマシン; ナノバイオ; 知能機械; マイクロ・ナノデバイス

近年新しいアクチュエータとして,生物の筋細胞を利用したバイオマイクロアクチュエータが注目されている.我々は培養筋細胞を利用したバイオマイクロアクチュエータの開発を行っている.これまでに開発してきたバイオアクチュエータの例として,ラツトの心筋細胞を駆動源とするマイクロポンプ,マウスの骨格筋マトリゲル,昆虫背脈管を利用する耐環境型バイオアクチュエータを開発してきた.しかしながら,現状の問題点として発生力が微小であるという問題がある.そこで培養筋細胞アクチュエータの高出力化のために,生体内に近い負荷のある環境を再現し,伸縮刺激により細胞を配向させたり,筋細胞への分化を促す必要がある.これまでに体内の状態に基づく様々な刺激パターンが提案されているが,実際どのような刺激が最適という実験データは少ない.そこで本研究では,複雑な様々なパターンで伸縮刺激と電気刺激を同時に負荷することができ,実験精度向上と検証時間短縮を目指したハイスループツト細胞刺激システムの開発を行った.今後は開発した装置を用いて,骨格筋細胞,心筋細胞,昆虫背脈管などについて,最適な刺激パターンの検証を行う.8台同時に異なるパターンで伸縮刺激と電気刺激を試行可能な,マルチパターン細胞刺激システムの開発を行った.これにより細胞サンプルの個体差のない正確な細胞挙動の比較検討実験を可能にした.また,細胞挙動の評価法として2D-FFTを用いた細胞配向性評価法に着目した.細胞にダメージを与えることなく行え,これまで困難であった細胞配向性の経時的な変化を定量的に評価することが可能となった.開発したマルチパターン細胞刺激システムと2D-FFTによる評価法を用いて細胞進展実験と細胞伸縮実験を行った.細胞伸縮実験では,伸展率の変化による細胞は配向性の変化を定量的に評価することに成功し,配向に適した伸展率の同定に成功した.

In recent years, new し い ア ク チ ュ エ ー タ と し て, biological を の muscle cells using し た バ イ オ マ イ ク ロ ア ク チ ュ エ ー タ が attention さ れ て い る. I 々 は を culture muscle cells using し た バ イ オ マ イ ク ロ ア ク チ ュ エ ー タ の open 発 を line っ て い る. こ れ ま で に open 発 し て き た バ イ オ ア ク チ ュ エ ー タ の example と し て, ラ ツ ト の heart muscle cells を 駆 dynamic source と す る マ イ ク ロ ポ ン プ, マ ウ ス の skeletal muscle マ ト リ ゲ ル, insects back vascular を using す る environmental type バ イ オ ア ク チ ュ エ ー タ を open 発 し て き た. し か し な が ら, situation の problems point と し て 発 SAN miguel が tiny で あ る と い う problem が あ る. そ こ で grow muscle cells ア ク チ ュ エ ー タ の higher influence の た め に, born in vivo に nearly い load の あ を reappear し る environment, telescopic stimulus に よ り cells を match to さ せ た り, muscle cells へ の を promote differentiation す necessary が あ る. こ れ ま で の state に に base づ く others 々 な stimulus パ タ ー ン が proposal さ れ て い る が, be interstate ど の よ う な stimulate the optimal と が い う be 験 デ ー タ は less な い. そ こ で this study で は, complex 雑 な others 々 な パ タ ー ン で telescopic と electric 気 stimulate を に load at the same time す る こ と が で き, be 験 precision upward と 検 shortening the time を refers し Youdaoplaceholder0 ス ス ス プ プ ト ト cell stimulation システム システム to develop を rows った. Future は open 発 し を た device with い て, skeletal muscle cells, heart muscle cells, the insects back vascular な ど に つ い て, optimum な stimulus パ タ ー ン の 検 line card を う. 8 units and に な る パ タ ー ン で telescopic と electric 気 stimulate を trial may な, マ ル チ パ タ ー ン cells stimulate シ ス テ ム の open 発 を line っ た. こ れ に よ り cells サ ン プ ル の individual difference の な い 挙 な cells move right の is 検 please be 験 を may に し た. ま た, cells 挙 の evaluation method of 価 と し て 2 d - FFT を with い た cells with tropism に review 価 method with mesh し た. Cell に ダ メ ー ジ を and え る こ と な く え, こ れ ま で difficult で あ っ た cells with tropism の 経 when な variations change を に of quantitative evaluation of 価 す る こ と が may と な っ た. Open 発 し た マ ル チ パ タ ー ン cells stimulate シ ス テ ム と 2 d - FFT に よ を 価 る evaluation method with い て cells progress be 験 と cell expansion be 験 を line っ た. の cell expansion be 験 で は, stretching rate - the に よ は る cells with tropism の variations of を quantitative に review 価 す る こ と に し success, deserve to に optimum し た elongation の with fixed に successful し た.

项目成果

Design and Fabrication of Tube typed Muscle Powered Bioactuator Stimulated by Circumferential Stretching System

周向拉伸系统刺激的管式肌肉驱动生物执行器的设计与制造

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedding of the 2007 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
• 作者: Shin Hitsumoto;Tadashi Ihara and Keisuke Morishima;Takayuki Hoshino and Keisuke Morishima;Sho Suzuki and Keisuke Morishima;Sho Suzuki and Keisuke Morishima
• 通讯作者: Sho Suzuki and Keisuke Morishima

Culture of Insect Cells Contracting Spontaneously toward an Environmentally Robust Hybrid Robotic System

培养昆虫细胞自发收缩以形成环境稳健的混合机器人系统

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Biotechnology 133
• 作者: Y. Akiyama;K. Iwabuchi;Y. Furukawa;and K. Morishima
• 通讯作者: and K. Morishima

Cell Self Assembly of Intracellular Interface Using Cell Migration

利用细胞迁移进行细胞内界面的细胞自组装

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of the 2008 MRS Spring Meeting
• 作者: Shin Hitsumoto;Tadashi Ihara and Keisuke Morishima;Takayuki Hoshino and Keisuke Morishima
• 通讯作者: Takayuki Hoshino and Keisuke Morishima

Fabrication of Thermoresponsive Coplymer-grafted Surface for Insect Cell Driven Actuator

用于昆虫细胞驱动执行器的热响应聚合物接枝表面的制造

• 发表时间: 2008
• 作者: Yui Sakuma;Yoshitake Akiyama;Kikuo Iwabuchi;Yoshikatsu Akiyama;Masayuki Yamato;Teruo Okano and Keisuke Morishima
• 通讯作者: Teruo Okano and Keisuke Morishima

心筋細胞を駆動源とする自律機械システムへの応用に関する研究心筋細胞を用いたマイクロ駆動源の開発

以心肌细胞为驱动源的自主机械系统应用研究以心肌细胞为驱动源的微驱动源的开发

• 发表时间: 2007
• 作者: 堀口 裕史;秋山 佳丈;森島 圭祐
• 通讯作者: 森島 圭祐