Exploration of motility control of innate immune cells by utilizing their oxygen response characteristics

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細胞周囲の酸素濃度・力学的刺激・化学的刺激を制御できるマイクロ流体デバイスを用い、酸素濃度に応じた自然免疫細胞の形態と動態を観察する実験に取り組んだ。本デバイスは、3本の分離したメディア流路の直上に2本のガス流路を設置した2層構造を有し、ガス流路に酸素濃度を調整した混合ガスを供給することで、メディア流路内に任意の酸素濃度の一様な状態や酸素濃度勾配を10分以内に生成できる。細胞実験には、白血球のモデル細胞としてヒト全骨髄球性白血病細胞株（HL-60）を用いた。RPMI-1640培養液に熱非働化済ウシ胎仔血清とペニシリン・ストレプトマイシン（P/S）を添加した培養液を用い、HL-60細胞をディッシュ上で培養した。その後、P/Sを添加していない上述の培養液にall-trans-レチノイン酸（ATRA）を分化誘導試薬として添加し、さらに培養を継続することでHL-60細胞を好中球様に分化させた。P/Sの有無やATRAの濃度、培養日数については予備的検討を行い、1μMのATRAを添加して5日間培養することにした。好中球様に分化したHL-60細胞を回収して各メディア流路に注入して接着させ、そのデバイスを顕微鏡上のステージインキュベーター内に設置した。酸素濃度0%と21%の混合ガスを、左右のガス流路に供給することでメディア流路に沿う方向に酸素濃度勾配を生成したり、両方のガス流路に供給することで一様な酸素濃度の状態を生成したりして、細胞のタイムラプス観察を行った。その結果、細胞が遊走する様子が観察され、実験開始から1時間後に細胞の遊走が活発化した。酸素濃度勾配下の遊走は、高酸素側と低酸素側で顕著な差異はなく、酸素濃度勾配に沿った遊走の方向性（走気性）も見られなかった。一方、酸素濃度が極めて低い環境では、遊走速度が減少する様子が観察され、酸素濃度によって動態が変化することがわかった。