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» 2021年07月27日 15時00分 公開

細胞が自分の力でヒダや突起を作る、3D細胞シートを作製医療機器ニュース

量子科学技術研究開発機構は、細胞が接着面を引っ張るわずかな力でも変形するフレキシブル細胞培養薄膜を開発し、細胞の力でヒダや突起状の構造を持たせた3D細胞シートを作製した。

[MONOist]

 量子科学技術研究開発機構は2021年7月14日、イオンビーム加工技術を活用し、細胞が接着面を引っ張るわずかな力でも変形するフレキシブル細胞培養薄膜を開発したと発表した。この薄膜表層に細胞を接着させ、細胞の力でヒダや突起状の構造を持たせた「3D細胞シート」の作製に成功した。東京都立大学との共同研究による成果だ。

 生体中の臓器表面は、ヒダや突起などの立体的な構造になっている。しかし、プラスチック皿上での培養では、細胞は平面状に広がるだけで、3D構造を作製できない。研究チームは、細胞が活動する時に生じるわずかな力に注目して、フレキシブル細胞培養薄膜を開発した。

キャプション 研究の背景とアイデア(クリックで拡大) 出典:量子科学技術研究開発機構

 薄膜の材料には、生体適合性と生分解性を兼ね備えたポリ乳酸を使用。量子ビームの1種であるイオンビームを活用し、ポリ乳酸の表面からごく浅い領域に、架橋、炭化された表層と分解された下層から成る2層構造を作ることに成功した。

 架橋とは分子同士をつないだりする作用で、これが進行すると炭化する。架橋、炭化された表層は細胞の接着性が向上するため、接着した細胞はしっかりとけん引力を発揮できる。分解された下層は、温水中で容易に軟化して溶解する。

キャプション 培養中に力を加えると表層が剥離する特殊な仕掛け(クリックで拡大) 出典:量子科学技術研究開発機構

 この薄膜上で上皮細胞を培養したところ、それぞれの細胞が表層を引っ張り、周囲にしわを寄せながら移動した。また、遠く離れた細胞同士の間にもしわは形成され、しわを通じて細胞が互いに影響を及ぼしていることが分かった。

キャプション 細胞がしわを作りながら表層を剥離し、しわを通じて互いに影響を及ぼす様子(クリックで拡大) 出典:量子科学技術研究開発機構

 さらに、細胞が基盤から剥離して3D構造になりやすいよう、表層に切り取り線を入れたところ、細胞は切り取り線から薄膜を剥がし始め、立体的に変形した。この現象を利用して切り取り線を調整した結果、2〜3日でヒダや突起を持つ3D細胞シートの作製に成功した

キャプション 細胞が切り取り線から表層を剥がし、立体的に変形していく様子(クリックで拡大) 出典:量子科学技術研究開発機構
キャプション 3日で形成した巨大なヒダ。(a)全長約7mmの全体像写真、(b)(a)の一部を蛍光顕微鏡で観察した画像、(c)(b)の点線部における断面画像(クリックで拡大) 出典:量子科学技術研究開発機構

 3D構造を持つ細胞の培養が可能になったことで、本来の細胞機能の解明などに役立つ可能性がある。また、胃や腸など凹凸がある臓器表面に適した、移植治療用細胞シートの開発も期待される。

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