Development of an artificial blood vessel device for reconstruction of intravital multiple stimulations

开发用于重建活体多重刺激的人工血管装置

• 批准号: 17K06934
• 负责人: 服部 浩二
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17K06934/
• 关键词: マイクロ流体デバイス; バイオデバイス; 生体模倣; 細胞培養チップ; 培養環境制御; 人工血管; 薬剤スクリーニング; マイクロ・ナノデバイス; 生物機能・バイオプロセス; 細胞アッセイ; 血管; マイクロフルイディクス

創薬研究において薬剤候補化合物をスクリーニングする際に培養細胞を用いた試験が広く実施されている。生体内においては体液中に存在する成長因子やホルモン、サイトカインなどの液性因子と細胞に接着性刺激を与える足場因子からの化学刺激に加え、体液の流れが与える物理刺激が細胞の機能発現に影響を与える。例えば、高血圧症や血栓症、動脈硬化症などの治療薬を開発する際にしばしば用いられる血管内皮細胞は、生体内では常に血流に起因するせん断応力を受けており、その強さに応じて血液凝固抑制や血管拡張・収縮を調整している。しかし、従来の血管内皮細胞の薬剤応答性は主に静置培養下で評価されており、環境依存的血管内皮機能の多くが発現しておらず、生体内と同様の環境の再現が望まれている。既に報告されている多くのマイクロ流体デバイスでは、血管内皮細胞に対するせん断応力、あるいは血圧のどちらかの作用を調査する報告が多く、生体内で生じる二つ以上の刺激を複合的に再現する報告は少ないうえ、デバイスの構造も複雑である。以上の背景を下に、本研究では、血流に起因するせん断応力と血圧を複合的に再現するシンプルな構造のマイクロ流体デバイスを考案した。実施1年目である本年度は、主に、生体の各血管と同じ直径の人工血管マイクロデバイスを開発した。血液に見立てた培地を流したとき、生体内でのせん断応力と血圧にともなう法線応力を複合的に再現できるようにマイクロデバイスを設計した。本デバイスは、薬液導入流路、細胞培養流路、細胞導入流路からなっており、最大の特徴は細胞培養流路の底部にラインアンドスペース形状のマイクロパターンが設けられている点である。また、PDMSで作製することとし、このマイクロパターンによって、細胞培養流路の壁面は送液によって流路内圧が上昇するとひずみ、矩形から円管に変形できるようにした。

在药物发现研究中筛查药物候选化合物时，使用培养细胞的测试已被广泛进行。在体内，体液中存在的体液和细胞因子等体液和细胞因子等体液和脚手架因子的化学刺激除了化学刺激外，体液流动提供的物理刺激会影响细胞的功能表达。例如，经常用于高血压，血栓形成，动脉硬化等药物的血管内皮细胞经常受到体内血液流量引起的剪切应激，并根据其强度调节血液凝结抑制，血管舒张和收缩。然而，常规血管内皮细胞的药物反应性主要在静态培养物中进行了评估，许多与环境依赖的血管内皮功能未表达，并且希望重现与体内相同的环境。许多先前报道的微流体设备已经研究了剪切应力或血压对血管内皮细胞的影响，很少有报道以复杂的方式复制两种或多种刺激，并且设备的结构也很复杂。考虑到上述背景，在这项研究中，我们设计了一种简单的结构微流体装置，该设备结合了由血流引起的剪切应力和血压。今年是实施的第一年，我们主要开发了人工血管微论述，其直径与活体中的每个血管相同。当流动血液状培养基时，设计微电位以允许复杂的剪切应力和与体内血压相关的正常应激。该设备由化学液体简介通道，细胞培养流通道和细胞介绍通道组成，其最独特的特征是在细胞培养流通道的底部提供了具有线条和空间形状的微图案。此外，当由于液体喂养而增加的压力增加时，微图被用于制造细胞培养流通道的壁表面，以应变，从而使其从矩形形状变形为圆形管。