選択的壁面接着力を用いたラベルフリー細胞分離システムの開発
森本 賢一, 鈴木 雄二
概要
近年の微細加工技術の急速な進展に伴い，化学工学やバイオエンジニアリングなど様々な研究分野において，生化学分析のための小型デバイス （micro-TAS (micro-total-analysis-system) あるいは，Lab-on-a-chip と呼ばれる）の開発が主要な研究課題の一つとなっている．このような小さなデバイス上に機能集積された生化学分析チップは，サンプル量や処理時間の削減， 分析効率の向上，労力の軽減などの観点から多くの利点を有し，その実現に対する期待が高まっている．
多くの生化学分析における重要な技術課題として，サンプル溶液のハンドリングや温度制御が挙げられる．マイクロスケールの流体運動は，マクロ スケールの流れとは異なる挙動を示すため，上記課題は，マイクロデバイスの設計・開発においてますます重要となる．従って，熱流体力学的な観点に立脚した 新規バイオ流体デバイスを開発することにより，micro-TAS分野のさらなる進展に向けた有益な知見を提供することができるものと期待される．
本研究では，細胞とマイクロ流路壁面の選択的接着力を用いたラベルフリー細胞分離システムを提案し，その最適化を進めている．本システムは， 分離前の標識化プロセスが不要であり，連続的に目標細胞を分離することを可能としている．細胞分離システムのプロトタイプにおいて，ヒト臍帯静脈内皮細胞 (HUVEC: Human Umbilical Vein Endothelial Cells) の流路横断方向への分離が可能であることを実証した．
さらに，流路壁に形成した斜め溝上に抗体を固定化した新たなラベルフリー細胞分離システムを提案した．斜め溝形状を最適化することにより，目 標細胞の流路横断方向への変位を溝構造を用いない場合に比べ約2倍に増幅できることを示した．また，マウス全血からHeLa細胞を連続的に分離できること を実証した．
現在，分離効率のさらなる向上に向けた有用な基礎的知見を得るため，実験・理論の両面からマイクロ流路内の細胞挙動を詳細に把握するためのモデリング技術に対する検討を進めている．
ラベルフリー細胞分離システムのプロトタイプ (Miwa et al., 2008)
連続流を用いたラベルフリー細胞分離システムのプロトタイプ(Nishimura et al., 2009)
最近の発表論文
細胞と壁面の選択的接着力を用いた細胞分離システム
- Morimoto, K., Rangsiwatakapong, D., and Suzuki, Y.,
“The Effect of Shear-Induced Lift Force on the High-Speed Cell Motion in Microchannel with Adhesive Wall,”
26th IEEE Int. Conf. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS’13), Taipei, (2013), pp. 141-144. - Chen, N.-H., Tomita, U., Kasagi, N., Nagamune, T., and Suzuki, Y.,
"Label-free Adhesion-based Cell Sorter Using Optimized Oblique Grooves for Early Cancer Detection,"
24th IEEE Int. Conf. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS'11), Cancun, pp. 904-907 (2011). - Hashimoto, S., Nishimura, T., Miwa, J., Suzuki, Y., and Kasagi, N.,
"Label-free Continuous Micro Cell Sorter with Antibody-immobilized Oblique Grooves,"
22nd IEEE Int. Conf. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2009), Sorrento, pp. 60-63 (2009). - Nishimura, T., Miwa, J., Suzuki, Y., and Kasagi, N.,
"Label-free Continuous Cell Sorter with Specifically Adhesive Oblique Micro-grooves,"
J. Micromech. Microeng., Vol. 19, No. 12, 125002, 10pp (2009).
(doi: 10.1088/0960-1317/19/12/125002) - Miwa, J., Suzuki, Y., and Kasagi, N.,
"Adhesion-Based Cell Sorter With Antibody-Coated Amino-Functionalized-Parylene Surface,"
J. Microelectromech. Syst., Vol. 17, No. 3, pp. 611-622 (2008).
(doi:10.1109/JMEMS.2008.921706) - Miwa, J., Suzuki, Y., and Kasagi, N.,
"Adhesion-based Cell Sorter with Antibody-Immobilized Amino-parylene,"
20th IEEE Int. Conf. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2007), Kobe, pp. 27-30 (2007).
Micro PIV
- Angele, K. P., Suzuki, Y., Miwa, J., and Kasagi, N.,
"Development of High-Speed Micro Scanning PIV Using a Rotating Disk,"
Meas. Sci. Tech, Vol. 17, No. 7, pp. 1639-1646 (2006).
(doi:10.1088/0957-0233/17/7/001 )
マイクロミキサ
- Chaktranond, C., Fukagata, K., and Kasagi, N.,
"Performance assessment and improvement of a split-and-recombine micromixer for immunomagnetic cell sorting,"
J. Fluid Sci. Technol., Vol. 3, pp. 1008-1019 (2008).
(doi:10.1299/jfst.3.1008)
- Inokuchi, H., Nagae, K., Suzuki, Y., Kasagi, N., and Shikazono, N.,
"Evaluation of Lamination Micro Mixer for Micro Immunomagnetic Cell Sorter,"
Int. Conf. Microtechnologies in Medicine and Biology, Okinawa, pp. 131-134 (2006). - Tan, W.-H., Suzuki, Y., Kasagi, N., Shikazono, N., Furukawa, K., and Ushida, T.,
"Lamination Micro Mixer for Micro-immunomagnetic Cell Sorting,"
JSME Int. J., Ser. C, Vol. 48, No. 4, pp. 425-435 (2005).
(doi:10.1299/jsmec.48.425)
免疫磁気ビーズ法を用いたマイクロ細胞分離システム
- Inokuchi, H., Suzuki, Y., and Kasagi, N.,
"Micro Magnetic Cell Sorting System with a Function of Continuous Labeling and Separation,"
13th Int. Conf. Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2009) , Jeju, pp. 1877-1879 (2009).
- Inokuchi, H., Suzuki, Y., Kasagi, N., Shikazono, N., Furukawa, K., and Ushida, T.,
"Micro Magnetic Separator for Stem Cell Sorting System,"
22nd Sensor Symp., Tokyo, pp. 125-128 (2005).
最終更新: 2014-05-01