Development of a method for single molecule observation of three-dimensional cultured cells for high-precision molecular targeted drug discovery

开发三维培养细胞单分子观察方法，用于高精度分子靶向药物发现

• 批准号: 22K14229
• 负责人: 神永 真帆
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Technology, Toyota College
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14229/
• 关键词: 細胞マニピュレーション; 立体培養細胞; マイクロ流路デバイス; 水圧アクチュエータ; 1分子観察; BioMEMS

本研究の目的は，立体培養細胞の広範囲1分子観察を実現するマイクロ流路デバイスを開発することである．従来の１分子観察手法では，観察範囲がスライドガラス近傍のみに限定される．そこで，水圧駆動ソフトアクチュエータを使用し，マイクロ流路内にセンサを設置することなく観察位置とスライドガラスへの押し付け力を制御する．デバイス開発のため，水圧アクチュエータの設計，水圧アクチュエータの作製・評価，立体培養細胞の回転可能範囲・回転角度制御・力センシング能力の評価を行う．また，立体培養細胞の広範囲一分子観察性能の評価を行うことで，開発したデバイスの有効性を確認する．立体培養細胞表面の広範囲一分子観察を実現するために，①水圧アクチュエータの設計，② 水圧アクチュエータの作製・評価，③立体培養細胞の回転可能範囲・回転角度制御・力センシング能力の評価，④立体培養細胞の広範囲一分子観察性能の評価を行う必要がある．当初，1年目には①から②に取り組む予定であったが，出産に伴う半年間の休業期間があったため，①のみに取り組んだ．①水圧アクチュエータの設計立体培養細胞の位置制御を行うための水圧アクチュエータを設計した．8個の水圧駆動アクチュエータを放射状に配置し，対向するアクチュエータを動作させることで，すり鉢状のポケットに配置した立体培養細胞を回転させることを目標とした．細胞へのダメージを防ぐため，細胞を底面に接触させる力を制御する．水圧駆動アクチュエータの内圧と体積の関係から外力を推定することで，マイクロ流路内にセンサを設置せずに力制御が可能となり，観察や細胞培養前の滅菌が容易となる．水圧アクチュエータの駆動に必要な圧力および細胞にダメージを与えない押し付け力を調査し，水圧アクチュエータの概要を決定した．

这项研究的目的是开发一种微通道设备，该设备能够对3D培养细胞的广泛单分子观测。在常规的单分子观察方法中，观察范围仅限于滑动玻璃的附近。因此，使用液压驱动的软执行器来控制观察位置和压在载玻片上的力，而无需在微流路径中安装传感器。为了开发设备，我们将设计液压执行器，准备和评估液压执行器，并评估三维培养细胞的可旋转范围，旋转角度控制和力传感能力。此外，通过评估3D培养细胞的一系列单分子观察性能，可以证实已开发的设备的有效性。要在三维培养细胞的表面上实现广泛的分子观察，必须：1）设计一个液压执行器，2）制造和评估液压执行器，3）评估可旋转范围，旋转角度控制和力量控制能力，以及三维培养的单元的力量，以及4）三维培养的单元格的范围，以评估三维培养的范围。最初，在第一年，我打算从事①至②，但是由于分娩有六个月的假期，我只从事①工作。 1）设计液压致动器的设计液压致动器旨在控制三维培养细胞的位置。目的是通过在径向放置八个液压驱动的执行器并操作相对的执行器，将放置在砂浆样口袋中的三维培养细胞旋转。为了防止细胞损害，控制细胞接触底部的力。通过从液压驱动的执行器的内部压力和体积之间的关系中估算外力，在不安装微流通道中的传感器的情况下，实力控制是可能的，使得在细胞培养之前更容易观察和消毒。驱动液压执行器所需的压力和不损坏细胞的压力力，并确定了液压执行器的概述。