局所パターン培養による細胞・組織チップデバイスの開発

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昨年度までに開発した電気化学リソグラフィーによる細胞パターニング法の詳細なメカニズムについて検討した.本手法は,ウシ血清アルブミンなどでコートした基板表面を,マイクロ電極で電気化学的に生成した酸化剤で処理することで局所的に細胞の接着領域を基板上に作製するものである.従来のフォトリソグラフィーベースのパターン培養技術が,培養に先立って基板上に細胞接着領域を作製するのに対して,本手法は培養環境下での処理を前提とするため,複数の細胞種によるマイクロパターンの作製など,細胞を用いるバイオアッセイの意義を拡充できる.しかしこれまで,酸化剤で処理した基板領域に細胞が接着するメカニズムについては不明であった.一連の表面解析手法による検証を行ったところ,酸化剤に曝された領域からはほとんどのアルブミン分子が脱着していることがわかった.また,電気化学的に生成した酸化剤の拡散のデジタルシミュレーションを行うことで,数十pM程度の酸化剤濃度でアルブミン分子の脱着が起こることがわかった.アルブミンは比較的容易に酸化され得るチオール基を多く有するため,酸化反応に伴う三次構造の変化が脱着を引き起こすと考えられる.さらに,アルブミンが脱着した領域にフィブロネクチンなどの細胞接着性タンパク質が吸着することで,細胞接着が誘導されていることがわかった.電気化学リソグラフィーによる細胞のパターニング技術をマイクロ流路系に集積した.マイクロ流路の天井部に作製した電極アレイを用いて,流路床面の対応した領域への細胞の局所的な固定が可能であった.流路状デバイスのバイオチップ応用が盛んに検討されているが,デバイスを組立てた後に,流路内の適所に種類が異なるタンパク質や細胞を配置し得る技術は,現時点で本手法のみである.健康管理用のセルフメード抗体チップや,バイオプシーを評価する細胞診断チップなどの簡素化・自動化にも貢献できると考えられる.