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東大生産研:培養細胞を折り曲げ、高速立体化に成功、再生医療への応用期待

東大生産研:培養細胞を折り曲げ、高速立体化に成功、再生医療への応用期待

平面上に培養した細胞を、細胞が持つ独自の牽引力によって、折り紙のように折り曲げ、3次元細胞組織を高速に作製できる方法を東京大生産技術研究所竹内 昌治准教授(微細加工学)のチームが開発した。高速に3次元的な細胞組織を人工的に構築する技術は、新薬の開発や次世代の再生医療分野への応用が期待できる。

 

図1細胞の折れ曲がりの原理

細胞を立体的に培養し、3次元的な組織を人工的に構築する技術が、基礎研究のみならず、新薬の開発や次世代再生医療などの分野で重要とされている。竹内グループでは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム)を利用した微細加工技術を用いてマイクロプレートを作製し細胞を培養し、「折り紙のように折り畳む」という方法を用いて、高速に立体構造を構築する方法を確立した。

折り紙の折り畳み技術は、宇宙で展開する太陽パネルや小さく折り畳まれ血管内で展開することができるステントなどの医療器具に応用され、「折紙工学」分野として、国内外 で盛んに研究が行われている。折り方の組み合わせ次第で、平面の状態から自在に複雑な構造物を作ることできるのが特長とされている。本研究では、細胞組織 の立体構造構築に本手法を利用した。


まず、細胞サイズのプレートを微細加工技術(MEMS技術)によって平面上に複数個配置し、その上に細胞を 培養した。隣り合ったプレートにまたがって細胞が増殖すると、細胞内部の牽引力(内側に引き込む力)によって、2つのプレートの一方が引き寄せられ図1のように立ち上がることが分かった。ここでは、この原理を利用して、立方体や正十二面体、管構造などの多面体の展開図にあたるパターンをマイクロプレートで作製し、細胞培養後にそれらの牽引力によって望み通りの多面体構造をした細胞組織をつくることに成功した。また、心筋細胞などを利用すれば、自律的に駆動する多構造も作製できることを示した。

本方法により、細胞に3次元的な変形力がかかったときに、細胞内部でどのような状態変化が起きるかなどを一細胞レベルで観察することができるほか、管や袋構造など、中空の細胞組織を高速に作る方法に応用が可能であ り、新薬の開発や次世代の再生医療分野、細胞をつかった医療器具への応用が期待できる。

 

本成果は、2012年12月12日(米国東部標準時間)付けの科学誌「PLOS ONE(プロスワン)」に発表された。

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