研究成果

ヒト多能性幹細胞に適した環境を見出すナノハイブリッドデバイスの開発に成功 -ナノテクノロジーの創薬・再生医療への新展開-


2017年03月17日


     陳勇 物質-細胞統合システム拠点(iCeMS=アイセムス)特定拠点教授、亀井謙一郎 同特定准教授、眞下泰正 東京工業大学助教らの研究グループは、多種類の細胞環境を集積したデバイスの開発に世界で初めて成功しました。この研究成果は、ヒトES/iPS細胞から機能的な組織を作製するプロセス開発を大きく加速するものと期待されます。

     本研究成果は、2017年3月9日にドイツの科学誌「Small」で公開されました。

    研究者からのコメント

    亀井特定准教授

     本成果では、ナノ・マイクロ加工技術を用いて異なる環境同士を再現・比較できるデバイスの開発に成功し、その中でヒトES細胞が未分化を維持したまま増殖するのに適した環境を見出しました。ヒトES/iPS細胞から機能的な組織細胞を獲得するために最適な環境・条件を効率よく探し出すことが可能となりました。今後、ナノ・マイクロ加工技術などの従来とは異なる観点から、創薬や再生医療の発展に寄与することを目指しています。

    概要

     ヒト多能性幹細胞(ES細胞やiPS細胞など)は再生医療や創薬などで活躍する細胞として期待されています。しかし、目的の組織細胞や機能を獲得するには、解決すべき課題が多いのが現状です。

     ヒトの体内において、細胞は取り巻く環境(細胞外環境)によって機能や運命が制御されています。細胞外環境はガス分子や圧力など大変多くの因子によって成り立っており、目的の細胞にとって好条件の培養環境を見つけるためには、これらの因子を組み合わせてさまざまな細胞外環境を実際に再現し、試験してみる必要があります。その一方で、平面的で、ミリメートル以上というスケールの大きな従来の細胞培養フラスコでは、本来の環境を創出することはできませんでした。

     そこで本研究グループは、ナノ・マイクロ加工技術を基にした「マイクロ流体デバイス」と「ナノファイバー」に着目しました。マイクロ流体デバイスやナノファイバーは、細胞外環境を構成する「細胞間相互作用」や「細胞足場」を、従来の細胞培養ではできないような微細なスケールで創り出すことができます。その一方で、今までこれらは独自技術として別々に開発されていました。本研究では、世界で初めてこの二つの技術を統合し、従来法では実現できなかった、多様な細胞環境を一枚のプレート上に創り出すことに成功しました。

    図:マイクロ流体デバイスとナノファイバーを組み合わせて開発されたデバイス「MACMEアレイ」。多様な細胞外環境を同一プレート上で再現することができる。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 http://doi.org/10.1002/smll.201603104

    Ken-ichiro Kamei, Yasumasa Mashimo, Momoko Yoshioka, Yumie Tokunaga, Christopher Fockenberg, Shiho Terada, Yoshie Koyama, Minako Nakajima, Teiko Shibata-Seki, Li Liu, Toshihiro Akaike, Eiry Kobatake, Siew-Eng How, Motonari Uesugi and Yong Chen. (2017). Microfluidic-Nanofiber Hybrid Array for Screening of Cellular Microenvironments. Small, 1603104.
     


    ヒト多能性幹細胞に適した環境を見出すナノハイブリッドデバイスの開発に成功 -ナノテクノロジーの創薬・再生医療への新展開-
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