こちら - 精密機械工学科・精密工学専攻

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1細胞遺伝子解析・機能解析のための
マイクロデバイスプラットフォーム
理工学部 精密機械工学科 教授 鈴木 宏明
1細胞解析のための簡便＆ローコストな
マイクロデバイス3種類を開発中！
1細胞捕捉・解析用
３Dマイクロウェル
Upper well for single cell trapping
Cell
薬剤排出・分泌計測用
マイクロウェル
培養細胞縦断面
イメージングチップ
接着細胞の薬
剤排出や生理
活性物質の分
泌を，直接か
つ1細胞レベ
ルで検出でき
る．
浮遊細胞を上
部マイクロウ
ェルに捕捉．
下部のウェル
の試薬と反応
させてワンス
テップで1細胞
解析できる．
Cell
Focal plane
Microstructure
Microscope
Objective Lens
Lower well for
extra reaction reagent
上皮細胞等の
接着細胞をマ
イクロ溝構造
側面で培養．
細胞の縦断面
の構造・動態
が１スキャン
でライブイメ
ージングでき
る．
Microscope
Objective Lens
1細胞捕捉・解析用 ３Dマイクロウェル
背景：既存の1細胞アッセイ，遺伝子解析用マイクロデバイス
マイクロウェル 【概要】
マイクロ流体回路技術 【概要】
 微小な穴（ウェル）に浮遊
 マイクロ流路網とマイクロバ
細胞を1つずつ捕捉して，
ルブを駆使し，電気回路の様
薬剤応答や試薬との反応を
に細胞と試薬を制御
見る
 デザインにより様々な溶液操
 多数の細胞を並列処理可能
作が可能
100μm【課題】
【課題】
 細胞1個あたりのウェルの
 構造や制御が複雑，解析可能
5mm
体積が小さく，反応によっ 1細胞RT-QCR流体回路チップ
な細胞数に制限，コスト高
細胞トラップ用PDMS製マイクロウェル
Rettig & Folch, Anal. Chem., 2005
Y. Marcy et al., Plos Genetics, 2007
ては試薬量が不足
提案技術：余剰試薬体積を確保した3Dマイクロウェルデバイス
【特徴】
 シンプルなマイクロウェルに1細胞を捕捉
 3次元的に接続した試薬体積を確保
 アッセイの感度向上，反応産物量の増加
従来のマイクロウェルでは不可能なアッセイも可能に
Cell
想定される用途
 1細胞の薬剤応答試験
 ホルモンや抗体等分泌
物の定量・採取
 1細胞遺伝子発現解析
 1細胞遺伝子増幅
→次世代シーケンサー
を用いた1細胞配列解析
へ
実用化に向けた課題
マイクロ光造形装置で作製した鋳型
Section
鋳型をシリコーンゴムに転写→3Dマイクロウェル
 1細胞PCR法やRT-PCR
法との適合性
（現在検証中）
 量産化に向けた鋳型の
強化
企業への期待
Overview
Reagent
Reservoir
Constriction
(Neck)
シングルセルのトラップ
シングルセルアッセイ
（アポトーシス検出）
マイクロ光造形装置で製造した3次元構造の鋳型を
シリコーンゴム(PDMS)に転写することで
ワンステップ成型が可能に！
研究内容に関するお問合せ：中央大学研究支援室
PHONE：03-3817-1600 E-mail：[email protected]
 様々な1細胞解析アプリ
ケーションの探索
 1細胞用ワンポットRTPCR試薬等の開発
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薬剤排出・分泌計測用マイクロウェル
背景：接着細胞の薬剤排出や生理活性物質分泌の計測
例）Transwell® Permeable Support
Corning Inc.
溶液を採取して
含有量を測定
想定される用途
【概要】
 マイクロ・ナノポアを有する膜上で細胞培養
 反対側の空間に蓄積した細胞の分泌物を計測
【課題】
 検出に時間がかかる
 エンドポイントアッセイ（経時的変化は計測不可能）
 バルク計測であり1細胞レベルの計測は不可能
 接着細胞の薬剤排出・
分泌物の1細胞ライブ
計測
実用化に向けた課題
提案技術：接着細胞のマイクロウェル閉空間形成を利用した薬剤輸送活性の計測
【特徴】
 １つのマイクロウ
ェルに１つの細胞
が蓋をするように
接着することで閉
空間を形成
 排出物が微小閉空
間に蓄積する過程
を蛍光顕微鏡によ
りライブ検出し、
細胞膜輸送活性を
計測
Microscope
Objective Lens
チップの概観
抗がん剤排出活性の計測
細胞で覆われた
マイクロウェル
マイクロウェル部
拡大像
トランスポーターMDR1による
抗がん剤排出活性の経時的測定に成功
Tsugane et al., Front. Bioeng. Biotech., 2015.
 様々な細胞種に対する
閉空間形成率の評価
 検出法，データ解析法
の改良
企業への期待
 細胞が排出する様々な
物質の計測アプリケー
ションの提案
 医薬品開発におけるス
クリーニングでの活用
 検出薬剤の拡大に向け
た薬剤の蛍光標識法の
開発
培養細胞縦断面イメージングチップ
背景：細胞のライブイメージング
想定される用途
【概要】
 基礎科学研究における細胞のイメージング
 ディッシュ底面に広がった培養細胞を平面的に観察
【課題】
 観察面がXY平面に限られる
 細胞培養面の垂直方向の構造や動態が重要な現象も
多いが，共焦点顕微鏡等による多数のスライス画像
取得からの断面像再構成は，時空間解像度が低い
Culture Dish
Microscope
Objective Lens
提案技術：マイクロ流路や溝の側壁で培養した接着細胞縦断面のイメージング
【特徴】
取得画像例
微分干渉像
 マイクロ流路・溝構造の壁面に培養した細胞を、
通常の倒立方顕微鏡で直接観察
 細胞縦断面をライブイメージング
手順
10 μm
蛍光像
 上皮細胞等の垂直方向細
胞内構造や動態のライブ
イメージング
 生物・医薬学分野の基礎
研究
実用化に向けた課題
 よりユーザーフレンド
リーなシステムとプロト
コルの構築
 細胞刺激用流路等の
集積化
溝を持つPDMSチップ
レーザー共焦点再構成画像（比較）
水平面像
3D光造型機で試作した
縦方向培養容器
①PDMS流路構造に ②縦にフリップして ③インキュベータ
細胞を播種
細胞を側壁に沈降させる
で培養
④水平に戻して
倒立顕微鏡観察
垂直面再構成像
企業への期待
 様々なアプリケーション
の探索
従来法では再構成に40スキャン＋画像処理
が必要だった像を，1スキャンで取得！
本技術に関する知的財産権
開発１
開発３
・発明の名称：マイクロウェルプレート，マイクロウェル装置，
・発明の名称：細胞縦断面観察用の顕微鏡観察用部材及び細胞観察方法
細胞解析方法及びマイクロウェルプレートの製造方法
・出願番号：特願2015-44934
・出願番号：特願2015-6085
・出願人：学校法人中央大学
・出願人：学校法人中央大学，国立研究開発法人理化学研究所
研究内容に関するお問合せは中央大学研究支援室まで
PHONE：03-3817-1600 E-mail：[email protected]