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1. 創薬向けorgan-on-a-chip / オンチップ細胞培養 培養中の細胞にシアストレスや機械的な刺激,生化学的な勾配等を加えることで,これまでに用いられていた細胞培養環境と比べ,よりin vivoに近い環境で臓器の細胞培養を行えるorgan-on-a-chip (オーガンオンチップ / 臓器チップ)コンセプトが近年盛んに研究発表されています。

2. 灌流細胞培養 システム構成例 microfluidic ChipShopのOrgan-on-a-chip用チップデバイス「クロスフローメンブレンチップ [0480]に,Fluigentの圧力制御式送液システムFlow EZを用いて試薬を2種類送液し,それらの流量を流量センサFlow Unitにて計測できるセットアップ例を紹介いたします。

セットアップ模式図

Organ-on-a-chip セットアップ例

    細胞培養チップと圧力制御装置による送液セットアップ例
    microfluidic ChipShopのクロスフローメンブレンチップ [0480](右下)と圧力制御装置Flow EZ,流量センサFlow Unit

上記で用いられる製品群 (1チャンバ = 2チャネル使用時)

製品名 社名 個数
クロスフローメンブレンチップ [0480] ChipShop 1
Mini Luerコネクタ ChipShop -
シリコーンチューブ(スリーブ) ChipShop -
PEEKチューブ Fluigent -
FLPG plusあるいはコンプレッサ等の圧力供給装置 Fluigent 1
Flow EZ (高精度の圧力制御装置) Fluigent 2
P-Cap (耐圧性のリザーバホルダ) Fluigent 2
Flow Unit (流量センサ) Fluigent 2
Flow EZ,Flow Unit,P-Capの各々のチューブ,コネクタ類 Fluigent -

使用するチャンバの数に応じ,製品構成を御提案いたします。PCとの接続(圧力,流量の観察,記録,自動化)や,バルブを用いた複数試薬の切り替えによる連続注入等も御相談ください。

クロスフローメンブレンチップ[0480] microfluidic ChipShop製

クロスフローメンブレンチップ[0480]
    クロスフローメンブレンチップ [0480]
    顕微鏡スライドガラスのサイズ。PS,COCがカタログ掲載品(デフォルト)で,オプションとして他の材質(COP等)を作製可能。チップ内に搭載する多孔膜はデフォルトではPET,希望により変更・指定可能。
クロスフローメンブレンチップの構造
    クロスフローメンブレンチップの構造
    上部と下部のチャンバに試薬を流す流路があり,中央にはそれを隔てる多孔膜(メンブレン)が搭載されている。上部下部にはそれぞれ別のインタフェースから試薬が導入され灌流状態が実現する。

チップホルダの例 microfluidic ChipShop製

温度調整機能付きチップホルダ LOC CCI / ChipShop
    温度調整機能付きチップホルダ LOC CCI
    チップは装置内蔵の加熱素子によって,希望の温度まで加熱する。
操作フレーム / ChipShop
    操作フレーム(短ワーキングディスタンスタイプ)
    倒立顕微鏡で流路やチャンバを観察することができる。

3. Fluigent社 製品決定のための質問事項

最適な装置,アクセサリを御提案するために,下記情報を御用意ください。
microfluidic ChipShopのチップを使用する場合は,製品のプロダクトコード(12桁)をお知らせください。
[1] チップへのインプットの数,アウトプットの数と,それぞれについて流量の制御が必要な数
[2] 流量の測定・制御が必要なものは上記のうちのいずれか
[3] 圧力領域によってお届けする製品の中身が異なります。必要な圧力を計算するために,以下の質問に御回答ください。
セットアップと流路形状は,それぞれ図示していただくと確実です。

    流体の特徴
    (a) 流体の粘度 [cP]
    (b) 最大流量 [μL/min]
    (c) 最小流量 [μL/min]
    (d) リザーバーの容積 [mL]
    マイクロシステム / チップ
    (a) 構造 / 形状
    (b) 流路の高さ
    (c) 流路長さ
    (d) 流路の幅

Publication list: Fluigentの送液システムを用いた研究成果 (抜粋)
[液滴生成]
▶High-Throughput Aqueous Two-Phase System Droplet Generation by Oil-Free Passive Microfluidics. M Mastiani et al., ACS Omega 2018, 3, 8, 9296–9302 (Keywords: Surface tension, Lipids, Liquids)
▶A microfluidic needle for sampling and delivery of chemical signals by segmented flows. S Feng et al., Appl. Phys. Lett. 111, 183702 (2017) (Keywords: Microfluidic needle, Chemical signals)
▶pH-Responsive liquid crystal double emulsion droplets prepared using microfluidics. J Y Kwon et al., RSC Adv., 2016,6, 55976-55983 (Keywords: Nematic liquid crystal, Double emulsion)

[液滴生成 (バイオ分野)]
▶Direct transfection of clonal organoids in Matrigel microbeads: a promising approach toward organoid-based genetic screens. B Laperrousaz et al., Nucleic Acids Research, 2018, Vol. 46, No. 12 (Keywords: Cell biology, DNA-Mediated Cell Transformation and Nucleic Acids Transfer)
▶Cell-free extract based optimization of biomolecular circuits with droplet microfluidics. Y Hori et al., Lab Chip, 2017,17, 3037-3042 (Keywords: Biomolecular circuits, Biocircuits, Droplets)
▶High throughput single cell counting in droplet-based microfluidics. H Lu et al., Scientific Report 7, 2017, 1366 (Keywords: Engineering, Lab-on-a-chip)

[がん細胞関連アプリケーション]
▶Flow-Induced Transport of Tumor Cells in a Microfluidic Capillary Network: Role of Friction and Repeated Deformation. N Kamyabi et al., Cel. Mol. Bioeng. (2017) 10: 563 (Keywords: Tumor cells, Microfluidics, Capillary)
▶FISH-in-CHIPS: A Microfluidic Platform for Molecular Typing of Cancer Cells. K Perez-Toralla et al., Methods in molecular biology (Clifton, N.J.): 211-220 (Keywords: FISH, Gene amplification, Microfluidic)

[血液関連アプリケーション]
▶A Microfluidic Model of Hemostasis Sensitive to Platelet Function and Coagulation. R M Schoeman et al., Cel. Mol. Bioeng. (2017) 10: 3 (Keywords: Biorheology, Biotransport, Platelet)
▶Direct Tracking of Particles and Quantification of Margination in Blood Flow. E J Carboni et al., Biophys. Journal, Vol 111, 7, 1487-1495 (2016) (Keywords: Margination, Drug delivery, Blood flow)

[ハイスループットスクリーニング]
▶Crossed flow microfluidics for high throughput screening of bioactive chemical–cell interactions. Z Tong et al., Lab Chip, 2017, 17, 501-510 (Keywords: High throughput screening, Selective cell capture, Crossed laminar flow)

[マイクロピペット吸引法]
▶Micropipette aspiration: A unique tool for exploring cell and tissue mechanics in vivo. K Guevorkian et al., Methods in cell biology 139 (Keywords: Actomyosin contractility, Cell adhesion, Cell and tissue mechanics)
X線光学製品と微細加工技術LIGA
X-ray optics and micro fabrication (LIGA)

マイクロ流体デバイス
Microfluidic devices