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2014年10月14日

成功研发从单一细胞中培养人类iPS细胞的超小型培养装置
- 力争研发出支持再生医学的装置-

研究背景

在医疗应用领域，当涉及到细胞培养，例如再生医学时，控制细胞质量（安全性和功能性）是非常重要的。使用普通培养皿进行细胞培养时，培养皿中液体（培养基）的对流使得细胞周围环境的控制变得困难。细胞周围环境很可能受到废物堆积和营养源消耗的影响。一旦暴露在空气中，容易造成微生物和病毒侵袭。研究小组一直在寻找一种能够保证简单安全培养人类iPS细胞的方法，以促进再生医学的发展。

详细信息

研究小组已经设计并生产了一种超小型培养装置，由一架小型泵机和一个直径0.5 mm的透明无色硅树脂流道组成。该装置的尺寸足够小，能够放置在显微镜载片台上，满足研究者观察培养中细胞的需求。
与传统的培养皿方法相比，微通道培养方法具有以下三个优点：
1) 细胞环境得以更精确控制；
2) 操作简单，自动化程度高；且
3) 密封效果好，微生物侵袭风险低。

预计这种新方法能够实现轻松控制细胞质量，并将成为医疗应用领域的黄金标准。研究已经成功实现从单个人类iPS细胞培养中许多细胞的目的，并证明培养出的iPS细胞保持了其固有性质。

未来展望

人类iPS细胞具有较高多能性，预计可以用于再生医学领域。其培养技术可以进行商业化，用于方便控制细胞质量。我们相信，如果将这种技术运用于开发大型培养装置或者测试仪器中内置的细胞诊断装置，将有助于促进再生医学的发展。我们将继续在一般临床领域推进先进医学发展，并努力研发出能够支持再生医学，造福越来越多患者的装置。

以上研究成果是从“智能、幸福和弹性社会的Last 5X创新研发中心”*³ 项目中取得，并得到“创新中心(COI) 项目”的支持，后者是日本科学技术振兴机构(JST)的一项产学合作研发项目。

参考图片

（图1）PDMS芯片构造

每个芯片中都具备阻尼器和稳压器功能，用于保证培养基稳定流动。每个细胞都置于一个圆柱形容器中，通过容器中流道内流动的培养基获得营养。

（图2）单个人类iPS细胞的增殖

单个人类iPS细胞的增殖已经通过显微镜观察得以确定。以上3张照片是分别在3个不同日期从同一片显微镜视野中观察取得。（从左往右分别是第1天、第4天和第9天）

术语释义

*1 由可自由设置流速的泵机，储存培养液的容器以及二甲基聚硅氧烷(PDMS)制成的芯片组成。PDMS芯片内含有一个直径0.5 mm的流道，同时具备阻尼器功能和稳压器功能，分别用于稳定流速和维护稳定的水压。所有这些都在一个2 cm的方形区域内实现。

*2 是指培养流和培养液中包含的物质。现已知它们会影响细胞特性。

*3 2013年文部科学省启动的基于创新科技中心的重大创新与创业项目(COI STREAM)。它作为一个研发基地，由京都大学周边40多家企业进行产学合作。
该项目致力于发展一个具有适应力的智能社会，人们在这个社会中始终保持积极向上的态度，在一生中都坚持追求新的挑战。在无线电力输送以及信息和通信技术支持的安全传感器网络、预防医学和先进医学领域中，高等院校和企业在各种研究领域进行纵深合作。
爱科来作为先进医学组（第4组）的领导企业，致力于通过先进的成像技术发展高效医学。

参考资料

论文名称：Single-cell cloning and expansion of human induced pluripotent stem cells by a microfluidic culture device
杂志名称：Biochemical and Biophysical Research Communications (BBRC) 453 (2014) pp. 131-137