シグナル分子濃度を動的に制御するマイクロ流体細胞培養システムの開発

摘要

近年，シグナル分子の種類が細胞の働きを調節するという従来の生物学の概念に加え，シグナル分子濃度の時間変化パターンも細胞を制御する重要な因子であることが解明されつつある．例えば，Kurodaらは肝細胞の活動がインスリン濃度の時間変化パターンに依存することを明らかにした1．そうした時間変化パターンに対する細胞の応答を調べるためには，細胞周囲のシグナル分子濃度を動的に制御する必要がある．しかし，培養皿を用いた従来の培養方法では，そのような制御は非常に難しい．そこで，厳密なシグナル分子濃度制御のもと，細胞を培養する技術が望まれている．細胞に送液する培養液の種類を切り替える機構を持つマイクロ流体細胞培養システムとしては，Levchenkoらの研究2やCellASICの製品3がある．しかし，これらのシステムでは，細胞周囲の培養液に含まれる分子の濃度を徐々に変化させることができない．生体内で細胞調節に関わるシグナル分子濃度の時間変化パターンとして，ステップ波やパルス波といった不連続な波形だけでなく，三角波のような連続的な波形も存在すると考えられる（Fig.1）．そうした様々な波形を生成するためには，シグナル分子の濃度を連続的に変化させる方法が必要である．本研究では，シグナル分子濃度を動的に制御可能な細胞培養用マイクロ流体システムを設計製作し，さらにそのシステムで様々なシグナル分子濃度波形を生成可能であると確認することを目的とする．周期的に分泌されるシグナル分子は多く存在するため，本研究の成果は細胞生物学の分野に広く応用できる．