表面および界面構造制御したマイクロ流体領域での細胞研究のためのチップ基盤創製

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細胞の接着と脱着が起こる界面の性質は、細胞の挙動を支配する重要な因子を含んでいる。細胞生物学の基礎的研究において、また薬剤探索や細胞に基づくセンシングシステム等の応用において、制御された界面によって囲まれた3次元空間で細胞を観察できることはたいへん望ましい。マイクロ流体デバイスあるいはlab-on-a-chipデバイスはin vivoに類似した細胞の微細環境を創り出したり、単一細胞の微細環境を制御するための強力なツールを開発することを可能にし、in vitroでの細胞研究を促進するものと期待される。本研究の目的は、in vivoの微細環境の性質を再現するための細胞スケールの制御技術を統合することによって細胞の振る舞いを理解するための多面的なアプローチならびに微小化した細胞研究のプラットフォームを開発することである。本年度は刺激応答性ヒドロゲルを用いて、チップ内での細胞包埋、長期保存、生細胞の用事遊離の統合に成功した。「細胞バンク」とわれわれが呼ぶこのシステムは、アッセイに先立ってチップの外で細胞を培養する必要がある現在の細胞チップの使い勝手を劇的に改善し、細胞を用いるアッセイ法の柔軟な組立を可能にするものである。包埋によって細胞はチップチャンバー(細胞バンク)に分散する。細胞はチップ上の細胞バンクでの保存期間中は球形の細胞形態を保ち、低い細胞増殖率にとどまる。多くの細胞はチップ内のヒドロゲルの中で良好に保存され、細胞培養器にチップを置いた場合には37℃で18日間、冷蔵庫に置いた場合には4℃で16日間、室温では12日間生存性が保たれることが明らかになった(引用文献1と2)。通常用いられるマイクロタイタープレートとの比較では、このマイクロチップシステムはヒドロゲル内での生細胞の長期保存において優れていることが示された。さらに、チップ内のヒドロゲルに保存されていた細胞は様々な毒物のスクリーニングに直接用いることができ、通常の培地で培養された細胞と同様の能力をもつことが分かった。これらの結果はチップ内のヒドロゲル中に保存された細胞は機能的に高い活性を維持していることを示している。結論として、開発したチップシステムは細胞を用いるアッセイをいつでもどこでも行えるようにするものである。このシステムは細胞を用いるアッセイの適用範囲を大きく広げ、戦場、テロ攻撃、環境災害などへの適用も可能にするであろう。本研究で構築されたアプローチと微小化されたプラットフォームはin vivoの微小環境の特性を再現するものであって、マイクロ流体空間における細胞の挙動を理解する上で有益で有意義なものである.