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化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻第1号

2018 年 3 月

特別寄稿

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Innovating, Pioneering, and Next
Takehiko Kitamori
Department of Applied Chemistry, School of Engineering, The University of Tokyo

Abstract

This is the summary of my invited talk at the 36th Annual Meeting of the Society for Chemistry and Micro-Nano
System held in Kiryu, and our contribution to microfluidics, nanofluidics and their community are outlined. Inaddition, my recognition of where we are and we should go in the near future.
Keywords: microfluidics, nanofluidics, thermal lens microscopy, micro unit operations, continuous flow
chemical processing,  Jbʗʧcɵ˸Ŏśbßʋʛ¾òȥxɦɳŔĲ˗`˨EǨȥų\˙íLuUɖĹ<ĕś]«|¹­śÜɁɑÜ˿żǛ=bȝąʬȓbúţ`ŅZ?[9Ʀ;bɁɑ ·½¥D«|¹ȅàŲś]
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化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻第1号

2018 年 3 月

解説・総説Organ-on-a-chip 技術と骨髄模倣デバイスの開発
鳥澤勇介*1,2

1

京都大学白眉センター, 2 京都大学工学研究科

Development of Organ-on-a-Chip Microdevices to Reconstitute
Bone Marrow Function
1Yu-suke Torisawa*1,2

Hakubi Center for Advanced Research, Kyoto University
2Department of Micro Engineering, Kyoto University

Abstract
Studies on hematopoiesis are usually conducted in animals because in vitro methods for culturing blood cells do
not accurately model bone marrow physiology.

Given the complexity of the bone marrow microenvironment

necessary to support the viability and function of the hematopoietic system, there is currently no method torecapitulate the bone marrow microenvironment as well as blood forming functions in vitro. To overcome thischallenge, we used a tissue engineering approach to first induce formation of new bone containing marrow invivo, and then we surgically removed it whole and maintained it in a microfluidic device in vitro.

New bone

containing marrow was engineered by implanting a polymer device containing a cylindrical hole filled withbone-inducing materials subcutaneously on the back of a mouse.

The engineered bone marrow was virtually

identical to bone marrow isolated from a mouse femur and could be surgically removed intact and maintained
viable in a microfluidic system in vitro. This bone marrow-on-a-chip microdevice continues to produce blood
cells which are released into microfluidic circulation, while maintaining hematopoietic stem and progenitor cells
in normal in vivo-like proportions inside the device.

This microdevice could be used to mimic complex

organ-level marrow responses to radiation toxicity normally only observed in vivo, and to detect the therapeutic
responses of countermeasure agents that have been shown to accelerate recovery from radiation-induced toxicity
in animals, whereas these responses could not be replicated by conventional bone marrow culture methods.

It

is because conventional culture methods do not recapitulate the bone marrow microenvironment which plays animportant role in hematopoiesis as well as radiation responses.

Therefore, the ability to engineer a complex

bone marrow microenvironment that is capable of maintaining functional hematopoietic stem cells offers a new
approach for evaluation of drug efficacy and toxicities and study of hematopoiesis and hematologic diseases.
Keywords: Organ-on-a-chip; Microfluidics; Bone marrow; Hematopoiesis

1. はじめに
マイクロデバイス技術を細胞培養・組織工学に応用することで生体内環境を模倣し、組織の立体的構造やの臓器の機能を個別にかつ詳細に評価可能であり、新規なプラットフォームとして、病気のモデル化や創薬などへの応用が期待されている。

メカニカルな環境を忠実に再現することで臓器レベ細胞の機能は、その周囲の微小環境により制御されルの細胞機能の保持を行う Organ-on-a-chip 技術が近ており、細胞機能を維持する上で生体内環境の再現が年開発されている[1-3]。従来の細胞培養技術では再現非常に重要となる[4]。細胞のサイズがマイクロメーできなかった細胞機能が生体外で保持可能となり、動トルオーダーであることから、細胞周囲の微小環境の物実験では評価が困難なヒト体内の応答評価や個々再構築にマイクロデバイスが有効なツールとなって

7

化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻

第1号

2018 年 3 月

光応答性分子を用いた 1 細胞解析・選別技術
1

細金 剛*1, 山口 哲志 2,3, 岡本 晃充 1,2

東京大学大学院工学系研究科, 2 東京大学先端科学技術研究センター, 3JST さきがけ

Single-cell analysis and sorting techniques using photo-responsive
molecules
Tsuyoshi HOSOGANE*1, Satoshi YAMAGUCHI2,3, Akimitsu Okamoto1,2
1

School of Engineering, The University of Tokyo
Research Center for Advanced Science and Technology (RCAST), The University of Tokyo
3JST, PRESTO

2Abstract
Single-cell analysis and sorting techniques are becoming increasingly important in various research fields fromthe fundamental research of cellular biology to practical applications to cancer diagnosis and regenerative
medicine. Among these technologies, single-cell arrays are a powerful tool for accurate and high-throughput
identification of cells of interest. Different from other conventional screening formats, such as flow cytometerand magnetic-activated cell sorting (MACS), single-cell arrays allow simple and exhaustive microscopic
observation of individual cells in a time-course manner, providing a broad range of the cellular information for
identifying difficult-to-distinguish cells. Here we describe our approaches to accelerating cell identification andsorting on single-cell arrays by utilizing photo-responsive synthetic materials. A photo-degradable hydrogel
microarray and a photocleavable cell immobilization reagent are briefly introduced as a novel tool for cellsorting in this review.
Keywords: single-cell analysis; cell sorting; photo-responsive materials; single-cell array

1. はじめにの存在割合が非常に低いため、検出が非常に困難な一1 細胞解析・選別技術は、細胞生物学の基礎研究か方で、がんの早期発見やその後の治療法の決定に大いら病理診断や再生医療への応用まで、幅広い分野でまに役立つと期待されている。従って、血液サンプルかすます重要になってきている。基礎研究においては、

ら正確に CTC を選別して解析する方法が盛んに研究

マイクロ流路系や情報処理技術の発達によって 1 細されている。さらに、再生医療においては、iPS 細胞胞レベルのゲノム、トランスクリプトーム、プロテオや ES 細胞の分化を誘導し目的の細胞を得る際に、分ームなどのオミクス解析が近年加速度的に行われる化が不完全な細胞が残存していると、それががん化しようになってきている[1]。この背景として、細胞集てしまうことが広く知られており、大きな問題になっ団の不均一性が明らかになってきたことが挙げられている[3]。そのため 1 細胞レベルで各細胞の分化状る。従来、細胞の性質は細胞集団の平均値によって推態を確認し、不適切な細胞を的確に除去する技術が求定されてきたが、生体内の特定の組織やがん組織など、められている。このように、1 細胞解析・選別は非常均一な細胞の集団と思われていたものが、実は異なるに多種多様な目的のもとに行われるため、解析対象性質を有する細胞の小集団が複数集合しているもの(遺伝子発現量や、分化の程度など)や求められるスルということが明らかになってきた[2]。この不均一なープット性もまちまちである。現状、それら全てに最細胞集団の性質やその由来を精査すべく、一細胞レベ適といえるような強力な技術は未だ開発されていな

ルの遺伝子発現解析がますます関心を集めている。まい。本稿では、この 1 細胞解析・選別分野の発展に貢た、病理診断の分野では、血中循環がん細胞(CTC)の献すべく、筆者らが設計・開発してきた光応答性の細検出・解析技術が特に注目を集めている。CTC はそ胞解析・選別技術を紹介する。

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化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻第1号

2018 年 3 月

第 36 回研究会報告  36 $#%

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化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻第1号

2018 年 3 月

24

化学とマイクロ・ナノシステム学会 第 36 回研究会 若手企画開催報告
清水 久史 1，作田 悠 1，藤本 和也 2，阿部 博弥 3，中尾 達郎 1，中原 康 4，松本 倫実 1
1

東京大学，2 京都大学，3 東北大学，4 名古屋大学

1. 若手企画セッションの概要

願いし，ご快諾を頂きました。

若手企画セッションとは，第 25 回研究会（2012 年）より定期的に行われている，若手研究者が主体的に企招待講演画・運営するセッションです。これまでにも，グルー・上野祐子様（NTT物性科学基礎研究所）

プワークやアイディアコンテストなど，一般的な学会・西本尚弘様（㈱島津製作所 基盤技術研究所）

ではなかなか行われない企画を立案・実施し，本学会・赤間健司様（シスメックス株式会社）の活性化への貢献や，若手研究者の交流促進を目的と・宮木充史様（株式会社日立ハイテクノロジーズ）して活動してきました。8 回目の開催となる今回の若手企画は，第 36 回研究会の初日（2017 年 10 月 4 日）

講演のお願いにあたっては，事業のビジョンや研究の午前に開催されました。企画および運営は博士課程

開発の内容を踏まえ，企業と学会活動の関わりについ学生を中心に 7 名からなる若手企画実行委員会によりて触れて頂くようにお願いをいたしました。また，企実施しました。

業に入社したら学会活動はどうするのか，どのように学術に貢献するのか，企業がアカデミアの研究に何を2. 『ケミナス異業種交流会～企業での研究と学会活動』求めているのかを知りたいという意見が実行委員会

2.1. 企画意図で出ていることをお伝えしました。

今回の若手企画セッションでは，『ケミナス異業種8月上旬に，第36回研究会のウェブサイトで若手企交流会～企業での研究と学会活動～』と題し，企業で画の参加登録申込を開始しました。実行委員会の方で活躍する研究者の方々にご講演を依頼致しました。ケは，フリーディスカッションの時間を設けることを決

ミナスに登録している若手研究者の多くは修士課程・定し，議題について話し合いました。大学で課程博士博士課程に在籍している学生ですが，卒業後には企業を取るのと企業に入ってから取るのとではどんな違に就職する方々が大半です。一方，企業に所属していいがあるのか？といった素朴な疑問や，企業目線で見る研究者の方々もケミナスにはたくさんいらっしゃたとき大学において改善した方がいいと思うことはいます。研究職に就いたとして，大学での研究と企業何か？といった鋭い意見，女性研究者に直接聞きたいの研究の違いは？自分の専門性を活かした仕事がで出産や育児に関するリアリスティックな問題など，きる？就職した後は学会には参加しなくても大丈様々な議題が生まれました。

夫？企業の研究活動を知ることで大学での研究のモチベーションを上げるため，ケミナスという学会をより一層活性化させるため，お互いにwin-winの関係になればと考え，本若手企画を立案しました。

2.3. 当日の様子
企画当日の朝は会場の準備や招待講演者の対応に追われましたが，大きなトラブルもなく定刻通り企画を始めることができました。事前登録者に当日参加の2.2. 企画プロセス方も加えて参加者は48名に達しました。1人目の講演

2017年3月に若手企画実行委員会を立ち上げ，5月頃

者である上野様には，「NTTにおけるマイクロバイオより月1～2回のペースでSkypeミーティングを開催しセンサ研究」と題しまして，ご専門であるグラフェンました。方針として，を用いたセンサの研究開発についてご講演頂きまし・学生が積極的に参加したいと思う企画であることた。大学と企業の違いについてのストレートな比較な・過去の企画との重複は避けることどもあり，学生には大いに参考になったと思います。

を確認し，学生の意見も踏まえた結果，企業の研究者

2人目の西本様には，「研究から事業へ－企業からの情の方々にご講演頂くことを決定しました。ケミナスに報発信と産学連携－」と題しまして，ガスクロマトグ関連する企業の中から以下の4名の方々にご講演をおラフィーを例に先端研究をいかにして製品化に結び

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化学とマイクロ・ナノシステム

第 17 巻第1号

2018 年 3 月

つけるかについてお話し頂きました。研究開発の難しさや醍醐味が感じられる講演で，マイクロ流体工学の(b)(a)研究者として興奮させられる内容でした。続いて，前半の講演者である上野様と西本様をお迎えして，フリーディスカッションをいたしました。聴衆からは，留学生の就活についてなど，就職に関する質問が矢継ぎ早に出ていました。休憩を挟み，3人目の赤間様にご登壇頂きまして，「個別化医療の実現に向けたSysmexのプラットフォーム研究と学会活動」と題したご講演を頂きました。赤間様は現在，東京大学大学院工学系研究科の博士課程にも在籍中とのことで，粒子表面を用いた新しい免疫分析法の研究についてお話頂きました。チップのコストや診療報酬の点数など大学の研究フリーディスカッションの様子(a) 前半（上野様と西本様）(b) 後半（赤間様と宮木様）

ではあまり意識しない観点も含まれており，示唆に富む内容でした。最後に，4人目の宮木様には，「SEM-3. 総評

AFMリンケージシステムによる同視野測定」と題した参加者全員にご回答頂いたアンケートの結果では，ご講演を頂きました。新製品の魅力を伝え，販売に繋平均点は 80 点とおおむね好評でした。特に，普段のケげるために学会発表をしているとのことで，企業ならミナス研究会では聞けないような内容で面白かった

ではのご講演だと感じました。最後に赤間様と宮木様という意見が多数ありました。今回の企画は学生の意をお迎えして後半のフリーディスカッションを実施見を参考にして生まれたものです。今後も，若手ならし，企画は終了となりました。

ではの企画を計画していくことが参加者の満足度の向上に繋がるのではないでしょうか。一方，議論があまり盛り上がらなかったのではないか，とする厳しい(a)意見も頂きました。ケミナス研究会は大きな会場で開催されるので，講演者と聴衆との間にどうしても物理的距離が空いてしまいます。やや小さめの別会場で開催するなど，企画段階から議論を活性化する工夫を凝らすことが今後の課題であると考えさせられました。
至らない部分も沢山あったかと思いますが，本企画が若手会員のネットワーキングおよび学会活性化の一助になれましたら幸いです。
4. 謝辞
本企画を立案・運営するにあたり，ご意見・ご指導(b)をくださいました京都大学 横川隆司先生，会場の設営やウェブサイトでの広報等でご協力を頂きました
第 36 回研究会実行委員長の群馬大学 佐藤記一先生をはじめとする実行委員の皆様に心より御礼申し上げます。また，本企画の遂行にあたり多大なご支援・ご協力を賜りました理事会の先生方をはじめとする関係者の皆様へ厚く御礼申し上げます。

若手企画招待講演の様子(a) 島津製作所西本様の講演 (b) シスメックス赤間様の講演

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第 17 巻第1号

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