Name: バイオMEMS：生物学者とエンジニアの間の新しいコラボレーションを鍛造 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-11-01T00:54:37.000+00:00
Duration: 7 min 26 s
Description: 学ぶバイオMEMSとマイクロ流体デバイスを用いた神経科学・幹細胞研究の新手法。集積回路技術を応用した微小デバイスで細胞環境を精密制御し、従来のペトリ皿培養を超える再現性と精度を実現する革新的アプローチです。

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バイオmems：生物学者とエンジニアの間の新しいコラボレーションを鍛造

BioMEMS: Forging New Collaborations Between Biologists and Engineers

このビデオでは、文化の中枢神経系（CNS）のニューロンへのマイクロ流体デバイスの製作と使用方法について説明します。このデバイスは、生きた細胞の光学顕微鏡（DICや位相コントラスト）だけでなく、共焦点および二光子顕微鏡のアプローチと互換性があります。このメソッドは、流体分離とミニチュアマルチコンパートメントの細胞培養を作成するために精密成形ポリマーの部品を使用しています。コンパートメントは、よく制御された流体微小環境における培養神経細胞に十分な大きさの寸法の小さなチャネルで作られています。ニューロンは、それらを固定し、免疫細胞化学のために染色することができる後に、デバイス内で2-3週間培養することができる。軸索とソマリ族の区画は、小さな静水圧の差を利用して互いに流体的に隔離さを維持することができ、この機能は、各培地交換後20時間までのために一区画に可溶性の侮辱をローカライズするために使用することができます。流体の分離は、PCRによって純粋な軸索の画分の収集と生化学的解析が可能になります。マイクロ流体デバイスは、神経科学研究のための適応性の高いプラットフォームを提供し、モデリングの中枢神経系の損傷や神経変性のアプリケーションを見つけることができます。

バイオMEMS：生物学者とエンジニアの間の新しいコラボレーションを鍛造

このビデオでは、中枢神経系（CNS）ニューロンを培養するためのマイクロ流体デバイスの作製および使用方法について説明します。このデバイスは、...と互換性があります。

私はカリフォルニア大学アーバイン校生体医工学科のNewly Johnです。私の研究は、神経科学および幹細胞研究のための新しい生物医学デバイスおよびマイクロ流体デバイスの開発に関するものです。バイオMEMSおよびマイクロ流体工学は、ここ5年から10年ほどで発展した比較的新しい分野であり、集積回路産業で培われた多くの技術や専門知識が活用されています。ここで行っているのは、集積回路のために開発された小型化の手法やアプローチを用いて、小さなチャネルとリザーバーを持つ微小デバイスを製造し、それを細胞生物学的な応用に利用することです。従来、ほとんどの生物学的実験はペトリ皿スケールで実施されてきました。そのため、直径約10 µmである細胞を観察する場合、基本的には小さな細胞が大量の液体に浸されている状態になります。マイクロフルイディクスデバイスを用いることで、細胞周囲の環境を制御することが可能です。これにより、シャーレなどの大きなスケールで実験を行うよりも、細胞間相互作用や細胞可溶性因子の影響をはるかに精密に制御できます。したがって、マイクロフルイディクスのこうした新たな展開は、従来の手法に比べて制御能と再現性の向上という大きな可能性をもたらします。細胞遊走の研究にマイクロ流体デバイスを用いる私たちの研究では、細胞上に可溶性因子の安定した勾配を維持できる新しいデバイスの開発に取り組んでいます。これにより、細胞が異なる成長因子やケモカインにどのように反応するかを研究することが可能になります。これには、細胞集団または個々の細胞上の流体フローを精密に制御することが含まれており、これは形態形成、がん転移、免疫細胞応答などの多くの生物学的プロセスにおいて非常に重要かつ基礎的なことです。勾配を生成するためのこれらのマイクロ流体デバイスと同様に、ニューロン、特に共同ニューロンを培養するためのデバイスは、マイクロ流体力学における新たな展開となっています。これらのデバイスを用いることで、軸索画分を分離・精製し、高度に分極化した構造を得ることが可能になります。漏出の防止などの実験上の困難が生じることがあったボイドやチャンバーなどの従来のアッセイと比較して、マイクロ流体デバイスは全体としてより再現性の高い結果をもたらし、同時に高解像度顕微鏡観察が可能な光学的に適合したプラットフォームを提供します。そして、このデバイスは軸索輸送がどのように行われているかを調べる実験に使用されています。この新しいマイクロ流体神経細胞培養デバイスを用いることで、全米の多くの共同研究者が、アルツハイマー病やパーキンソン病などのさまざまな神経変性モデルの研究に取り組んでいます。私は、カリフォルニア大学アーバイン校（UC Irvine）の神経科学部門および病理学部門に、素晴らしい共同研究者がいる幸運に恵まれました。私はCar Kaman Stewart、Ed Monki、そしてLisa Flanaganの研究室と密接に協力しています。私たちの共同研究では、定期的に会議を行い、生物学者が直面している課題は何かを明らかにすることに努めています。こうした定期的な会議を通じて、従来のツールは存在するものの、私たちバイオメディカルエンジニアがバイオメディカル研究の改善と理解において重要な役割を果たせるアプリケーションがまだ数多くあることが分かってきました。例えば、過去5年間にわたるDr. MonkiおよびDr. Flanaganの研究室との共同研究は、非常に実り多いものとなっています。まず、学生たちは、異なる科学分野のグループと密接に連携する方法を学ぶことができます。同時に、私たちは幹細胞生物学における課題に取り組む機会に恵まれてきました。例えば、マイクロ流体デバイス内で幹細胞を培養および分化させることで、BMPのようなモルフォゲン勾配の中で幹細胞がどのように振る舞うかについて、新たな視点を得ることができました。今後、より多くのエンジニアが生物医学研究に関心を持つようになるため、このような形態の共同研究は将来の科学において重要な役割を果たすと考えています。同時に、神経科学やその他のバイオサイエンス分野において、新しい機能を持つ新ツールへの需要が高まっており、生物医学研究の分野を真に前進させる実りある共同研究が多く生まれることを期待しています。さらに、マイクロフルイディクスとバイオMEMSの分野は、刺激的な局面にあると考えています。基本的に毎日、多くの新しいアプリケーションが開発されています。5年後には、日常的な研究やルーチン実験、細胞遊走やその他の特別な目的のために、このようなデバイスを使用する生物学者がさらに増えると予想しています。これらのデバイスは従来のペトリ皿ベースの培養法に比べて多くの利点があるため、新しいタイプのアプリケーションの開発においては、想像力だけが限界であると考えています。そして、生物学者との緊密な協力によって新しいタイプのデバイスが開発され、それが将来の生物医学研究の進展において重要な役割を果たすと信じています。

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生物学

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バイオMEMS：生物学者とエンジニアの間の新しいコラボレーションを鍛造

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