マイクロ流体チップ内の酸素分圧制御によるＥＳ細胞の選択的分化誘導

通过控制微流控芯片中的氧分压选择性诱导 ES 细胞分化

• 批准号: 12J11210
• 负责人: 高野 温
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Tokyo Denki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J11210/
• 关键词: マイクロ流体チップ; マルチガスインキュベーション; 低酸素培養; ポリジメチルシロキサン; 酸素分圧測定; オンチップ長期培養; 雰囲気制御

本研究では，マイクロ流体チップ上で培養雰囲気（炭酸ガス濃度，酸素ガス濃度）を調節して，動物細胞を低酸素培養するデバイスの開発を行った．最終年度は，チップ上を任意の酸素分圧に調節する方策を明らかにして，細胞を用いた検証実験を行い，それらの成果を論文にまとめ，国際誌へ投稿した．開発したマイクロ流体チップ上の培養雰囲気は，ガス透過性が高いポリジメチルシロキサン（PDMS）隔壁を介して培地と接触するジャケット液を用いる．ジャケット液は，炭酸ガス供給源の重曹と炭酸ナトリウム，酸素吸収源のアスコルビン酸ナトリウム（NaHAsc)を溶解したもので，これら試薬の濃度で培養雰囲気を調節する．実験の結果，チップ上の炭酸ガス分圧を5%にした上での酸素分圧は，0.8M重曹水に溶かす炭酸ナトリウムとNaHAscの濃度で調節でき，その関係を明らかにした．その上で，PC12細胞が低酸素培養下で生存率が低下する先行研究を受けて，開発したマイクロ流体チップによる低酸素培養の検証実験を行ったところ，先行研究を肯定する結果が得られたことから，低酸素培養デバイスとして妥当と結論付けた．加えて，ES細胞を扱う研究者からの要望より，マイクロ流体チップの非専門家でも直感的に使用できるよう改良を行った．具体的には，チップの構造をセルカルチャーフラスコ様に再設計を行い，マイクロ流体外に細胞培養面積を確保することで，用途に応じてマイクロ流体内外での培養を使い分けられるようにした．そして，このチップを用いて，マウスES細胞の低酸素培養を行ったところ，検証中ではあるが低酸素培養においてES細胞の生存率が向上した．分化誘導制御についても低酸素培養により分化誘導効率に違いが生じる傾向が見られた．以上より，低酸素によるES細胞の選択的分化誘導の目処がたち，本研究の目的はほぼ達成できたと考える．

在这项研究中，我们通过在微流体芯片上调整培养气氛（二氧化碳气体浓度和氧气浓度）来开发一种用于培养低氧动物细胞的装置。在最后一年，我们阐明了将芯片调节为芯片上任何氧气压力的策略，使用细胞进行了验证实验，在论文中汇总了这些结果，并将其提交给国际杂志。发达的微流体芯片上的培养气氛使用的夹克液体通过高度可渗透的聚二甲基硅氧烷（PDMS）隔膜接触培养基。夹克液体溶解在小苏打，二氧化碳，碳酸钠和抗坏血酸钠（NAHASC），氧气吸收源，并通过这些试剂的浓度来调节培养气大气。实验表明，芯片上的氧氧部分压力通过碳酸钠和纳哈斯岛的浓度调节到5％，溶解在碳酸氢钠溶液中，并阐明了这种关系。此外，在先前研究PC12细胞在低氧培养下的生存率恶化的研究之后，我们使用已发达的微流体芯片对低氧培养进行了验证实验，并发现了证实先前研究的结果，并得出结论，并得出适用于低氧培养装置。此外，应处理ES细胞的研究人员的要求，我们进行了改进，使其即使在微流体芯片中使用非专家。具体而言，芯片的结构以类似细胞培养基的方式重新设计，并通过确保微流体外的细胞培养区域，可以根据应用在微流体内部和外部使用不同的培养物。然后，使用这种芯片，小鼠ES细胞是培养的缺氧，尽管该测试正在进行中，但在缺氧培养物中，ES细胞的存活率得到了改善。还存在分化诱导控制差异以控制缺氧的趋势。从上面，我们可以清楚地看出缺氧选择性诱导ES细胞的观点，我们认为这项研究的目的几乎是实现的。

项目成果

オンチップマルチガスインキュベーションによる低酸素細胞培養のためのマイクロ流体チップ

用于低氧细胞培养的微流控芯片，具有片上多气体孵化功能

• 发表时间: 2014
• 作者: 髙野温;田中眞人;二井信行
• 通讯作者: 二井信行

Applications of the microfluidic cell culture system with on-chip CO_2 incubation for cell biology

片上CO_2孵育微流控细胞培养系统在细胞生物学中的应用

• 发表时间: 2012
• 作者: 髙野温;田中眞人;二井信行;Shinya Morikami and Masaaki Ohba;Atsushi Takano;森上伸也;Atsushi Takano;森上伸也;Atsushi Takano
• 通讯作者: Atsushi Takano

Microfluidic Long-term Cell Culture Platform with Cell-Cell Interaction Monitoring Using Surface Acoustic Wave

使用表面声波监测细胞间相互作用的微流控长期细胞培养平台

• 发表时间: 2013
• 作者: 髙野温;田中眞人;二井信行;Shinya Morikami and Masaaki Ohba;Atsushi Takano
• 通讯作者: Atsushi Takano

Microfluidic Culture Of Primary Neurons With On-chip Hypoxic Conditioning

通过片上缺氧条件进行原代神经元的微流控培养

• 发表时间: 2013
• 作者: 髙野温;田中眞人;二井信行;Shinya Morikami and Masaaki Ohba;Atsushi Takano;森上伸也;Atsushi Takano
• 通讯作者: Atsushi Takano

オンチップCO_2インキュベーション下で培養した細胞の表面弾性波による挙動解析

使用片上 CO_2 孵育下培养的细胞的表面声波进行行为分析

• 发表时间: 2012
• 作者: 髙野温;田中眞人;二井信行;Shinya Morikami and Masaaki Ohba;Atsushi Takano;森上伸也;Atsushi Takano;森上伸也;Atsushi Takano;高野 温
• 通讯作者: 高野 温