卵子品質評価のための機械的特徴量の超詳細計測

前年度までの成果により，細胞の品質評価には個々の細胞を高速に計測する，つまり細胞のハイスループットな計測が重要であるという知見が得られた．そこでマイクロ流体チップを用いた高速かつ連続処理が可能な機械的特徴量計測，加えて計測後の評価のためのソーティング機能の統合に関する研究として，細胞の機械的特徴量に基づくソーティングシステムを提案し，本年度はシステムのスループットの改善を行った．本研究で用いるチップは細胞の反力計測のための板バネ構造体の力センサプローブを有している．このプローブは非常に小さなばね定数を有しており，チップ内に印加する流体によりそれが動くという特徴がある．この動きがチップ内での細胞搬送時に，システムの予期しないタイミングで細胞を挟んでしまい，システムに重大なエラーを引き起こすという問題があった．この問題の解決のため，チップ内に印加される流体の流量と，プローブの変位量の関係を立式した．実際に流量計により印加流量を計測し，顕微鏡画像よりその際のプローブの変位量を計測した実験により，妥当性を示した．またこの立式により，チップ内での細胞の搬送制御に対してプローブを有する計測部の両側からポンプを接続し，2 入力系として制御を行うことが有効であるという知見を得た．この知見から自動システムを構築し，ポリスチレンビーズの位置制御実験を行った．位置制御は画像情報に基づいたフィードバック制御により行われ，ビーズの位置の認識後から0.8 秒後に目標値との偏差を50 um以下で1 秒程度静定させることに成功した．また間葉系幹細胞からなるスフェロイドを対象として，26個の機械的特徴量の連続計測に成功し，スループットは3.14 個/分を達成した．機械的特徴量としてはゴム弾性理論を用いることでそのヤング率を計算し，平均と標準偏差はそれぞれ4.8 kPa, 2.2 kPaと得られた．

前年度までの成果により，細胞の品質評価には個々の細胞を高速に計測する，つまり細胞のハイスループットな計測が重要であるという知見が得られた．そこでマイクロ流体チップを用いた高速かつ連続処理が可能な機械的特徴量計測，加えて計測後の評価のためのソーティング機能の統合に関する研究として，細胞の機械的特徴量に基づくソーティングシステムを提案し，本年度はシステムのスループットの改善を行った．本研究で用いるチップは細胞の反力計測のための板バネ構造体の力センサプローブを有している．このプローブは非常に小さなばね定数を有しており，チップ内に印加する流体によりそれが動くという特徴がある．この動きがチップ内での細胞搬送時に，システムの予期しないタイミングで細胞を挟んでしまい，システムに重大なエラーを引き起こすという問題があった．この問題の解決のため，チップ内に印加される流体の流量と，プローブの変位量の関係を立式した．実際に流量計により印加流量を計測し，顕微鏡画像よりその際のプローブの変位量を計測した実験により，妥当性を示した．またこの立式により，チップ内での細胞の搬送制御に対してプローブを有する計測部の両側からポンプを接続し，2 入力系として制御を行うことが有効であるという知見を得た．この知見から自動システムを構築し，ポリスチレンビーズの位置制御実験を行った．位置制御は画像情報に基づいたフィードバック制御により行われ，ビーズの位置の認識後から0.8 秒後に目標値との偏差を50 um以下で1 秒程度静定させることに成功した．また間葉系幹細胞からなるスフェロイドを対象として，26個の機械的特徴量の連続計測に成功し，スループットは3.14 個/分を達成した．機械的特徴量としてはゴム弾性理論を用いることでそのヤング率を計算し，平均と標準偏差はそれぞれ4.8 kPa, 2.2 kPaと得られた．