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选候选药物化合物时，广泛使用培养细胞进行测试。在活体中，除了体液中存在的生长因子、激素和细胞因子等体液因子以及刺激细胞粘附的支架因子的化学刺激外，体液流动所给予的物理刺激也会刺激细胞功能的表达。例如，常用于研发高血压、血栓、动脉硬化等治疗药物的血管内皮细胞，在体内不断受到血流引起的剪切应力，根据剪切应力的强弱，它调节血液凝固抑制和血管舒张/收缩。然而，传统的血管内皮细胞的药物反应性主要在静态培养下进行评估，并且许多依赖于环境的血管内皮功能并未表达，因此需要重现与体内相似的环境。已经报道的许多微流体装置研究了剪切应力或血压对血管内皮细胞的影响，并且没有报道结合体内发生的两种或多种刺激的影响。该装置的结构也比较复杂。基于上述背景，在本研究中，我们设计了一种结构简单的微流体装置，可以以组合方式再现血流和血压引起的剪切应力。今年是实施的第一年，我们主要研发与活体各血管直径相同的人造血管微装置。我们设计了一种微型装置，当类血液培养基通过微型装置时，可以以组合方式再现体内剪切应力和与血压相关的正常应力。该装置由药液导入通道、细胞培养通道和细胞导入通道组成，其最显着的特征是在细胞培养通道的底部设置有线和空间微图案。此外，我们决定使用PDMS制造细胞培养通道，通过这种微图案，当通道的内部压力增加时，细胞培养通道的壁表面可以扭曲并从矩形变形为圆管。液体喂养。