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細胞生物学のためのマイクロスケールのエンジニアリング

Micro-scale Engineering for Cell Biology

ジョエル・ゴールドマンです。MITで電気工学およびコンピュータ科学の准教授を務めており、こちらに赴任して5年になります。全般的に、私たちは細胞生物学に適用されるマイクロスケール工学の研究に取り組んでいます。私たちの研究は主に2つの領域に焦点を当てています。一つは一般的な細胞サイトメトリーであり、細胞を分取するためのマイクロスケールプラットフォームの作製などを行っています。その多くは、顕微鏡観察後のソーティングを可能にすることに基づいています。つまり、イメージング後に異なる細胞を分離することや、細胞タイプAと細胞タイプBを組み合わせ、刺激Cに曝露させるなど、規定の細胞アレイを作成するといった機能のことです。そして、研究室のもう半分は、幹細胞生物学のためのマイクロテクノロジーに焦点を当てています。そこでの主な焦点は胚性幹細胞であり、主に自己複製について研究しています。また、いくつかの異なる手法を用いています。拡散性シグナリングをより適切に制御するため、液体の還流を利用したマイクロ流体培養を行っています。さらに、コロニー間の相互作用を制御できるよう、コロニーのパターニングを行っています。そして、細胞のパターニングを行います。ここでバイオフリップチップが登場します。これは、本質的に単一細胞を輸送し、定義された構成に配置するための手法です。プレート上で研究を行うことは素晴らしいアプローチであり、私たちは過去25年間、プレート上での操作を通じて幹細胞生物学について多くのことを学ぶことができました。したがって、それは優れた手法であり、もしそれでうまくいくのであれば、その方法を採用すべきです。しかし、細胞レベルのスケールまで制御するという付加的なコントロールが重要になる場面もあります。生体内での発生がいかに厳密に制御されているかを考えれば、どの細胞が互いに通信し、細胞が何の上に位置し、どのような環境に浸されているかを、細胞スケールで時間依存的に制御できることは、組織の発達において重要になると想像するのは難しくありません。形態形成などのこうした現象において、治療法を開発している場合、何が起きているのかという根本的な生物学的理由を真に理解することは非常に有益です。したがって、私たちのデバイスの多くは、胚性幹細胞がなぜ自己複製を選択するのか、あるいは自己複製か分化か、といった基礎的な疑問を解明することを目的としています。また、生産をスケールアップさせようとする場合には、そのスケールアップにおいてどのような要因が重要であるかを理解する必要もあります。したがって、例えばバイオフリップチップに関しては、未分化状態の維持や播種効率など、関心のある項目を最大化するために、どのような状況で、どのように細胞を増殖させるべきかという問いを立て始めています。そうした種の問題です。そして3点目にそれに関連して、マウスiPS細胞がヒトiPS細胞となぜ異なるのかという一連の疑問があります。それらはどのように異なるのでしょうか？それは培養によるアーティファクトでしょうか？それとも根本的な違いなのでしょうか？このような問いについてですが、今後5年から10年の間に、胚性幹細胞由来の新しい治療法が実際に登場し始めるのではないかと考えています。それはまだ実証されていないことだと思います。しかし、最近発表されているリプログラミングに関する研究や、研究者が到達できているいくつかのエンドポイントは、非常に非常に印象的なものです。数年前であれば、実現まで20年はかかると思っていたと思いますが、現在は5年から10年程度に近づいていると考えています。

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