三次元細胞アレイ化技術を利用したバイオセンサーの開発

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生体内では、細胞・組織の機能は、ホルモンやサイトカインのような液性因子に加え、細胞-細胞間のコミュニケーション、細胞-細胞外マトリックス間の相互作用により調節されている。このような相互作用を生体外で調節、再構築することができれば、細胞生物学のような基礎的分野からティッシュエンジニアリングのような応用分野までの幅広い研究領域において、その進歩に大きく貢献することができる。細胞のマイクロパターン技術は、同種・異種細胞の空間的な配置を調節することで、このような相互作用を培養基板上で調節することを目的としている。これまで、材料表面の親水・疎水特性などを利用してマイクロパターンが試みられてきたが、利用されるポリマーは細胞との親和性や生物学的な機能が考慮されておらず、生体内環境のモデル実験系の構築として不十分であった。本研究では、細胞外マトリックス成分であるヒアルロン酸(HA)、フィブロネクチン(FN)、コラーゲンを用い、それらのlayer-by-layer depositionにより生体親和性の高いパターン共培養系を構築した。具体的には、キャピラリーフォースリソグラフィー法を用いてHAをガラス基板上にパターニングし、露出した円形ガラス表面にフィブロネクチンを吸着した。HAは細胞非付着性であるため、播種した細胞AはFNのスポットのみに接着する。次に、HA表面にコラーゲンを静電気力によって吸着させることによって、表面を細胞非付着性から付着性へとスイッチし、細胞Bを細胞Aの周囲に接着させた。実際には、肝細胞もしくはES細胞と繊維芽細胞の共培養を作製した。この技術は、有機溶媒や特殊なポリマー、化学反応を用いず、細胞外マトリックス成分とその物理的な結合のみを利用した細胞親和性の高い手法である。本共培養システムは、ティッシュエンジニアリングへの応用に加え、細胞-細胞間コミュニケーション、細胞-細胞外マトリックス間相互作用のような細胞挙動を研究するための新しいツールとして利用できるであろう。