灌流細胞培養とOrgan-on-a-chip

マイクロ流体デバイス

Microfluidic Devices

マイクロ流体チップを用いた灌流細胞培養

微小な流量の流れがある中で細胞を培養し，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，静置培養環境と比べ，より生体に近い環境で細胞培養を行うことができます。

Organ-on-a-chip
Organ-on-a-chipは，マイクロ流体チップ内の培養空間にヒトの組織を複数配置してミニチュア化したin vitro ヒト型試験系で，灌流環境下で細胞を培養します。複数臓器の培養ユニットを連結して培養することで人体における臓器間の相互作用をin vitroの培養器に再現することを試みるもので[1]，近年盛んに研究発表されています。

[1] 石田誠一，金森敏幸，日薬理誌 (Folia Pharmacol. Jpn.) 154, 345-351 (2019)

灌流細胞培養システム構成例

マイクロ流体チップに試薬を送液する，灌流細胞培養セットアップを紹介します。ここではFluigentの圧力制御式送液システムを用いて，2試薬を制御しています。

セットアップ模式図

OOCAセットアップ

灌流培養セットアップ (2チャネル制御時)
microfluidic ChipShopのクロスフローメンブレンチップと，圧力制御式送液システムFlow EZ，流量センサFlow Unit

Organ-on-a-chipの例

灌流細胞培養向けに開発された，microfluidic ChipShopのマイクロ流体チップの例です。

クロスフロー型: クロスフローメンブレンチップ[480]
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，膜上に播種された細胞を灌流環境に置くことができる。[2]

多臓器培養型: 相互作用チャンバチップ[737]
流体環境下で，事前に色素を充填したチャンバA(赤)とチャンバB(黄)が，青色の色素によって徐々に交換されていく(入口は3，出口は5)。チャンバAで肝臓細胞，チャンバBで腎臓等のターゲット臓器の細胞を培養することを想定している。[3]

Organ-on-a-chipチップの詳細や他のデザインについては，こちらを御覧ください。

[2] Martin Raasch et al., Microfluidically supported biochip design for culture of endothelial cell layers with improved perfusion conditions, Biofabrication 7 (2015) 015013
[3] Jannick Theobald et al., Liver-Kidney-on-Chip To Study Toxicity of Drug Metabolites, ACS Biomater. Sci. Eng. 2018, 4, 1, 78-89

システム構成アイテム

送液装置とソフトウェア

圧力制御式の送液装置を使用することで，一定流量で長時間の安定送液を行うことが可能です。Flow EZは，本体での操作とソフトウェア操作の両方に対応しており，実験環境や用途に合わせて様々な使い方ができます。

Flow EZ (スタンドアローン使用可)
ダイヤルで指定したコマンドと，実際の測定値がディスプレイ上に表示される。Flow Unit接続時は，流量も同様にディスプレイ上で確認できる。

ソフトウェアOxyGEN
送液装置や関連デバイスの制御の他，圧力や流量のリアルタイム観察，自動送液プロトコルの設定と実行，データロギング等の多彩な機能を備えている。

細胞培養送液システムキット

･キット名: Fluigent Organ-on-a-chip 2チャネルキット
･プロダクトコード: FLG-OOAC_02_A
･製造者: Fluigent

プロダクトコード	製品名	説明	個数
LU-FEZ-0069	Flow EZ (69 mbar)	圧力制御式送液システム	2
LU-SUPPKIT2	Supply Kit for Flow EZ	電源ケーブル等	1
LU-LNK-0002	Link Module	Flow EZとPCの接続ハブ	1
P-CAP50-HP	P-Cap 50 mL	エアタイトリザーバホルダ	2
CTQ-KIT-PC50	Connector and Tubing Kit for P-Cap 50 mL	P-Cap用アクセサリ	2
FLU-S-D-B	Flow Unit S	流量センサ	2
CTQ-KIT-LQ	Connector and Tubing Kit for Flow Unit S	Flow Unit用アクセサリ	2

クロスフローメンブレンチップ[480]を使用し，1 cPの試薬を1-7 µL/minの流量で送液する場合の構成品です。2チャネル制御以外のセットアップも可能です。詳細はお問い合わせください。

マイクロ流体チップのキット

灌流細胞培養を行うマイクロ流体チップ等のスターターキットです。含まれるチップの内容により2種類からお選びいただけます。

細胞培養キット [アドバンスト] (クロスフローメンブレンチップを含む)

･キット名: 細胞培養キット [アドバンスト]
･プロダクトコード: 10001697
･製造者: microfluidic ChipShop

プロダクトコード	製品名	Fuidic number	個数
10000205	Mini Luer プラグ (低容量置換タイプ，半透明，TPE)，10個入り	438	2
10000116	Mini Luer コネクタ (単体，半透明，TPE)，10個入り	331	2
10000855	アダプタ (Mini Luer-ピペット，半透明，PP)，10個入り	390	2
10000031	シリコーンチューブ (内径: 0.76 mm，外径: 1.65 mm)	-	1 m
10000032	PTFEチューブ (内径: 0.5 mm，外径: 1 mm)	-	3 m
10000041	操作フレーム (短ワーキングディスタンス)	-	1
10001062	相互作用チャンバチップ (PS，親水化処理)	737	2
10001058	相互作用チャンバチップ (PS，親水化処理)	688	2
10000918	クロスメンブレーンチップ (PS，親水化処理)	653	2
10001348	相互作用流路チップ (PS，親水化処理)	983	2

細胞培養キット [ビギナー] (チャンバチップ中心)

･キット名: 細胞培養キット [ビギナー]
･プロダクトコード: 10001696
･製造者: microfluidic ChipShop

プロダクトコード	製品名	Fuidic number	個数
10000205	Mini Luer プラグ (低容量置換タイプ，半透明，TPE)，10個入り	438	2
10000116	Mini Luer コネクタ (単体，半透明，TPE)，10個入り	331	2
10000855	アダプタ (Mini Luer-ピペット，半透明，PP)，10個入り	390	2
10000031	シリコーンチューブ (内径: 0.76 mm，外径: 1.65 mm)	-	1 m
10000032	PTFEチューブ (内径: 0.5 mm，外径: 1 mm)	-	3 m
10000041	操作フレーム (短ワーキングディスタンス)	-	1
10001036	反応チャンバチップ (Zeonor，親水化処理)	842	2
10000559	反応チャンバチップ (Zeonor，親水化処理)	584	2
10001344	チャンバチップ (プレヒーティング流路付き，Zeonor，親水化処理)	992	2
10001062	相互作用チャンバチップ (PS，親水化処理)	737	1
10001058	相互作用チャンバチップ (PS，親水化処理)	688	1

細胞培養キット [アドバンスト]
プロダクトコード: 10001697

細胞培養キット [ビギナー]
プロダクトコード: 10001696

自動送液装置

最大10種類の試薬を，灌流培養チャンバ等のマイクロ流体デバイスへ送液できる装置です。専用ソフトウェアで複雑な送液プロトコルを自動化することができ，長時間の送液も安定して行うことができます。
設定した送液プロトコルの実行からキャリブレーションや洗浄まで，自動制御で行います。培養や観察のための送液の中断や再開は，プロトコル内で設定することも，マニュアル操作で行うことも可能です。