京都大学新技術説明会(2014.05.27) ヒトES/iPS細胞のハイスループット3D培養法 亀井 謙一郎 (博士(工学)、特定拠点助教) 陳 勇 (Ph.D.、特定拠点教授) 京都大学 物質ー細胞統合システム拠点 1 ヒト多能性幹細胞とは? Blastcyst Somatic cells Inner cell mass Reprogramming Factors Oct-4, Sox-2, Klf-4 (c-Myc) Propagation in culture hESC 自己複製 hiPSC Human Pluripotent Stem Cell (hPSC) Neuron Pancreas Muscle Blood 分化 2 細胞外微小環境 :生体の細胞機能制御システム 不溶性因子 自己複製 幹細胞 分化 遊走 細胞間相互作用 可溶性因子 プログラム死 など… 3 マイクロ流体デバイスを細胞生物学に応用する利点 マイクロ流体技術は細胞外微小環境を人工的に作製するために、 必要な技術である。 細胞培養の3次元構造を創出: 不溶性因子 微小液滴(fL〜nL)を制御可能: 可溶性因子 MEMS技術と組み合わせることによって、細胞挙動解析が可能 実験のハイスループット化が可能 ヒトES/iPS培養デバイス Kamei et al., Lab Chip, 2009 Kamei et al., Lab Chip, 2010 ヒドロゲルとマイクロ流体デバイスを組み合わせることによっ て、3次元培養を可能にした。 ヒトES/iPS細胞をヒドロゲル+マイクロ流体デバイスの中で、培養する ことができた。 熱応答相転移ヒドロゲル ヒトiPS細胞 未分化状態 Sol % of Max 100 Gel 80 95.1 60 40 20 Low (0〜15℃) High (> 25˚C) Cell: 253G1 hiPSC Medium: mTeSR-1 Period: 10 days 0 100 101 102 103 104 SSEA4 ゲルの濃度を変えることで、3次元環境の「固さ」も変えること が可能。 物質の拡散をコントロールしながら、細胞に与える影響を試験 できる FITC-Dextran(モデル分子)のゲル中の拡散 0 min 3~5 kDa 45 min 90 min 40 kDa 0 2000 入口からの距離 (µm) 従来の細胞培養ディッシュでは、このような実験を行うことが出来なかった。 ハイスループット3D環境+薬剤スクリーニング 3次元細胞環境をスクリーニングすることができる。 +薬剤の細胞機能への効果をより正確に評価することができる。 ハイスループット マイクロ流体デバイス 3次元環境+化学物質 コンビナトリアル「環境」ライブラリ 組織工学に応用可能 96穴プレートと同じデザイン 自動化ピペッター スクリーニングの自動化が可能 新技術の特徴・従来技術との比較 • 従来技術と比較し、ヒトES/iPS細胞の3次元培養を可能 にした。 • 一つのプレート(デバイス)内で、物理的・化学的なパラ メーターを試験することが可能。 • 可溶性物質の濃度勾配も作製することが可能。 • ヒトES/iPS細胞実験は、無血清・無フィーダー細胞で行 なっており、より実用化に近い状態で実験を行える。 想定される用途 • 本技術の特徴は3次元培養環境をスクリーニング・同定 することができることであり、ヒトES/iPS細胞からの分化 誘導・組織形成試験に使用することができる。 • 組織工学のさらなる発展に貢献することができる。 • 創薬スクリーニングにおいても、本来の細胞環境に近い 状態でスクリーニングでき、前臨床試験に適している。 • ヒトES/iPS細胞に限らず、様々な細胞に応用可能。 • がん幹細胞研究や、それを目的とする創薬開発にも貢 献することが規定できる。 実用化に向けた課題 • 現在、デバイスのプロトタイプは完成している。如何に、 大量生産するか、が鍵となる。 • 今後、未分化細胞だけでなく、分化細胞、分化誘導など も検討していく。 • スクリーニングの際の、細胞応答の測定法も併せて検討 していく。 企業への期待 • マイクロ流体デバイスの量産化技術により、よりコスト削 減が可能 • 化合物スクリーニングの新規展開を考えている企業との 共同研究を希望 • 新規細胞アッセイ系の開発を行っている企業との共同研 究も可能 • 従来の細胞アッセイ系にも、本技術が応用可能であり、 キットとしての製品化が可能であると思われる。 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称 :細胞培養足場基材、マイクロ流体デバイス及びそ れを用いたハイスループットナノファイバースクリー ニング方法 • 出願番号 :特願2013-263585 • 出願人 :京都大学 • 発明者 :亀井 謙一郎、眞下 泰正、劉 莉、陳 勇 • 発明の名称 :マイクロ流体デバイスを用いたヒト多能性幹細胞 の微小3次元培養法 • 出願番号 :特願2014-034166 • 出願人 :京都大学 • 発明者 :亀井 謙一郎、陳 勇 お問い合わせ先 関西TLO(株) 星安 紗希 【京大オフィス】 TEL : 075-753-9150 FAX : 075-753-9169 【京都駅前オフィス】 TEL:075-353-5890 FAX :075-353-5891 E-mail:hoshiyasu@kansai-tlo.co.jp
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