動物実験代替のためのバイオマテリアル・デバイス
Biomaterials and biodevices for alternative methods to animal testing
[コードNo.2007T578]

■監修/ 酒井康行(東京大学大学院 医学系研究科 疾患生命工学センター 准教授)
民谷栄一(大阪大学大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授)
■体裁/ B5判 324ページ
■発行/ 2007年 8月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 68,250円(税込価格)

動物実験を削減・禁止する規制への対応が迫る中、活発化する代替法開発!
簡便・高感度・高予測性を目指す最新の代替法研究を一挙掲載!
注目の細胞チップも徹底的に解説!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行にあたって
 動物実験の削減や代替は、産業界から従来はネガティブに捉えられがちではありました。しかしながら、特に昨今のEUの動きをみれば社会的にはすでに寄り戻すことのできない大きな流れとなっています。一方、学術的な側面からは、新たな解析手法の開発とそれに基づく知見の急速な蓄積とによって、ヒトを始めとする個体システムの動作原理の本格的な理解がまさに始まりつつあり、「毒性や薬効発現プロセスをメカニズムベースで簡便な手法に落とし込む」ことが定石である代替法開発においても大きな影響を与えると思われます。また、様々な工学的技術は相変わらず進歩の速度を緩めてはいません。すなわち、社会的要請・学問の必然的発展方向の両視点において、代替法の研究開発が大幅に進行すべきまたは進行し得るステージにきており、そのような大きな流れをむしろポジティブに捉えることが適当に思われます。
 本書では、代替法の実際を良く知り得る研究者の方々からの総論「代替法における工学的新技術の可能性」を踏まえた上で、利用が期待される大きな3分野の新技術―「デバイス・システム」、「マテリアルと細胞2Dパターニング・3D組織化」、「細胞応答のセンシング・イメージング」―を取り上げ、大学ばかりでなく企業でご活躍の第一線の研究者にご執筆いただきました。本書が、新たな代替法の研究開発を目指す方々、その適切な分野での適切な利用を追及される方々に対して、有益な情報を提供することができれば望外の幸せに思います。
(「はじめに」より抜粋)
東京大学大学院 医学系研究科 疾患生命工学センター 生産技術研究所 酒井康行
大阪大学大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 民谷栄一

執筆者一覧(執筆順)
酒井康行東京大学大学院 医学系研究科 疾患生命工学センター 准教授
民谷栄一大阪大学大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授
小島肇夫国立医薬品食品衛生研究所 安全性生物試験研究センター 薬理部 新規試験法評価室 室長
関島勝(株)三菱化学安全科学研究所 鹿島研究所 先端技術研究部 部長
遠藤達郎東京工業大学大学院 総合理工学研究科 メカノマイクロ工学専攻 助教
中村史(独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 主任研究員
神保泰彦東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 教授
森口裕之東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 日本学術振興会特別研究員
高山祐三東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 日本学術振興会特別研究員
安田隆九州工業大学 大学院生命体工学研究科 准教授
山村昌平北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 助教
牛島ひろみ(有)バイオデバイステクノロジー 企画部長
新田尚(株)エフェクター細胞研究所 執行役員研究部長
玉谷卓也(株)エフェクター細胞研究所 代表取締役専務
大塚英典東京理科大学 理学部第一部 応用化学科 准教授
服部秀志大日本印刷(株) 研究開発センター バイオマテリアル研究所 グループリーダー
長棟輝行東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻 教授
福田始弘(株)クラレ 新事業開発本部 つくば研究所 マイクロデバイスグループ グループリーダー
田崎剛(株)クラレ 新事業開発本部 つくば研究所 マイクロデバイスグループ 研究員
須丸公雄(独)産業技術総合研究所 バイオニクス研究センター バイオナノマテリアルチーム 主任研究員
金森敏幸(独)産業技術総合研究所 バイオニクス研究センター バイオナノマテリアルチーム チーム長
安保充東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 講師
大久保明横浜薬科大学 漢方薬学科 教授;勇心酒造(株) 研究所長
有馬祐介京都大学 再生医科学研究所 科学技術振興 助教
岩田博夫京都大学 再生医科学研究所 教授
横山義之富山県工業技術センター 機械電子研究所 電子技術課 主任研究員
中澤浩二北九州市立大学 国際環境工学部 環境化学プロセス工学科 准教授
福田淳二筑波大学 大学院数理物質科学研究科 講師
鈴木博章筑波大学 大学院数理物質科学研究科 教授
M島史泰(株)ジャパン・ティッシュ・エンジニアリング 研究開発部
竹澤俊明(独)農業生物資源研究所 遺伝子組換え家畜研究センター 主任研究員
武井次郎(株)スリー・ディー・マトリックス・ジャパン 製品開発部 マネージャー
吉岡浩メビオール(株) 取締役
小林昶運新田ゼラチン(株) 経営企画部 機能性素材チーム チームリーダー
逸見千寿香(財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト 研究員
西山勇一(財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト 研究員
中村真人東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 准教授;(財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト プロジェクトリーダー
木村啓志東京大学 生産技術研究所
藤井輝夫東京大学 生産技術研究所 教授
加藤竜司名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 助教
本多裕之名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 教授
浅井友実東洋紡績(株) 敦賀バイオ研究所 研究員
西井重明東洋紡績(株) 敦賀バイオ研究所 バイオグループ グループリーダー
近江谷克裕北海道大学大学院 医学研究科 先端医療講座 光生物学分野 教授
大野克利日清食品(株) 食品安全研究所 主任
山田敏広日清食品(株) 食品安全研究所 所長
鈴木正康富山大学 大学院理工学研究部 教授
半田由希倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
元野満倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
鳥島久倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
阿部宏之東北大学 先進医工学研究機構 生命機能科学分野 教授
梶弘和東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 助教
西澤松彦東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 教授
森田資隆近畿大学 産業理工学部 生物環境化学科 講師
大政健史大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
絵野沢伸国立成育医療センター 研究所 移植・外科研究部 実験外科研究室長
齋藤有香北海道大学 大学院理学研究科 化学専攻;(現)毎日新聞社
金城政孝北海道大学 大学院先端生命科学研究院 細胞機能科学研究室 教授
藤田克昌大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教

構成および内容
第1章代替法における工学的新技術の可能性
1代替法国際動向から見た新技術導入の可能性(小島肇夫)
1.1動物実験代替法における新技術導入の目的
1.2試験法の公定化
1.3バリデーション
1.3.1動物実験代替法センターの設立
1.3.2バリデーションでの必須事項
1.4第三者評価(Peer Review)
1.5行政的な受入れ
1.6おわりに
2受託機関から見た新代替法導入の可能性(関島勝)
第2章デバイス・システム
1コア・シェルナノ粒子基板を用いたプラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップ(遠藤達郎)
1.1はじめに
1.2プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップの作製および測定系の構築
1.3プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップを用いた細胞代謝産物の非標識検出
1.3.1プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップを用いたB細胞刺激応答の非標識検出
1.3.2抗体固定化プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップによるIL-2の非標識検出および定量
1.4おわりに
2原子間力顕微鏡と細胞機能解析(中村史)
2.1はじめに
2.2AFMの動作原理と分子像撮影
2.3AFMを用いた相互作用測定
2.4AFMによる機械的物性の評価
2.5AFMの分子マニピュレーターとしての利用
2.6ナノ針を挿入する細胞操作技術:セルサージェリー
2.7ナノ針による高効率遺伝子導入
2.8乳癌細胞を用いたホルモン製剤の試験
2.9おわりに
3電極アレイシステムを用いる神経機能解析(神保泰彦、森口裕之、高山祐三)
3.1神経系の電気信号とその計測
3.2電極アレイ基板上での細胞培養
3.3電気信号記録とデータ処理
3.4薬物応答の検出
4細胞機能解析のための局所的化学刺激デバイス(安田隆)
4.1はじめに
4.2デバイスの構造と動作原理
4.3デバイスの評価実験
4.4おわりに
5シングル細胞解析システム(山村昌平)
5.1はじめに
5.2細胞チップを用いた細胞解析システム
5.2.1シングル細胞アレイチップを用いた細胞シグナル解析
5.2.2マイクロ流路型チップを用いた細胞解析システム
5.3まとめ
6アレルギーおよび美白応答スクリーニング細胞チップ(牛島ひろみ)
6.1はじめに
6.2アレルギー応答スクリーニングチップ
6.2.1細胞応答の検出原理
6.2.2Microfluidicチップの作成
6.2.3チップ表面の改質と細胞培養
6.2.4Microfluidicシステムによるアレルギー応答の検出
6.3美白応答スクリーニング細胞チップ
6.4おわりに
7細胞機能解析チップ(新田尚、玉谷卓也)
7.1はじめに
7.2チップを用いた細胞走化性測定技術―TAXIScan
7.3TAXIScan法で得られる疾患バイオマーカー
7.4マスト細胞脱顆粒計測へのTAXIScanチップの応用
7.5TAXIScanの創薬研究への応用
7.6おわりに
第3章マテリアルと細胞2Dパターニング
1高分子表面の微細加工技術とスフェロイドアレイ(大塚英典)
1.1はじめに
1.2細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
1.33次元培養
1.4肝細胞スフェロイドマイクロアレイ
1.4.1培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
1.4.2移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
1.5おわりに
2細胞転写印刷技術(服部秀志)
2.1はじめに
2.2細胞転写印刷技術の概要
2.2.1これまでに報告された手法
2.2.2我々の手法
2.3血管内皮細胞パターンの細胞外基質への転写
2.3.1コーティングへの照射エネルギー量が細胞接着に及ぼす影響
2.3.2培養時間あるいは細胞密度が転写時の細胞挙動に及ぼす影響
2.3.3基板表面と細胞の接着の強さが転写時の細胞挙動に及ぼす影響
2.3.4考察
2.4おわりに
3細胞膜修飾剤(BAM)を用いた浮遊性細胞のパターニングとその応用(長棟輝行)
3.1はじめに
3.2BAM修飾表面上への浮遊性細胞の固定化技術の開発
3.2.1BAM修飾表面の調製
3.2.2BAM修飾表面上への浮遊性細胞の固定化
3.2.3BAM修飾表面上での固定化細胞の培養
3.3BAMを用いた浮遊性細胞のパターニング
3.4BAM修飾表面上の特定領域内での固定化細胞への遺伝子導入技術の開発
3.4.1BAM修飾スライドグラス上での遺伝子/リポソーム複合体の固定化と固定化細胞への遺伝子導入方法
3.4.2BAM修飾カバーガラス上での固定化細胞へのRNAiの導入
3.4.3BAM修飾表面上での浮遊性細胞の高密度遺伝子導入マイクロアレイの作製
3.5おわりに
4マイクロ空間細胞培養プレート(福田始弘、田崎剛)
4.1はじめに
4.2マイクロパターンの作製
4.3マイクロ空間での細胞培養
4.3.1細胞ネットワークの形成
4.3.2マイクロウェルでの細胞重層化
4.4おわりに
5光を用いたオンデマンド細胞パターニング(須丸公雄、金森敏幸)
5.1はじめに
5.2培養細胞の接着性を光照射で亢進する技術
5.3同一微小流路内部への異種細胞の配列担持
5.4細胞接着阻害を光で解除できる培養基材
5.5おわりに
6細胞保持機能を有するバイオアッセイPDMSチップの構築(安保充、大久保明)
6.1はじめに
6.2細胞保持膜の選択
6.2.1光学特性
6.2.2細胞毒性
6.2.3耐久性
6.3細胞保持チャンバーの設計
6.4PDMSチップ上での細胞培養
6.5PDMSチップ上での生死細胞染色
6.6放出物の評価系(生存活性測定)
6.7毒性試験PDMSチップの構築
6.8ヒスタミン遊離試験
6.9ヒスタミン遊離抑制試験
6.10おわりに
7パターン化自己組織化単分子膜を利用した細胞チップ(有馬祐介、岩田博夫)
7.1はじめに
7.2表面官能基が細胞接着に与える影響
7.3細胞のパターニング
7.4細胞アレイ
7.4.1細胞アレイを用いた遺伝子機能の解析
7.4.2細胞アレイを用いたフィーダー細胞の探索法
7.5終わりに
8細胞捕捉機能を有する新マテリアル(横山義之)
8.1はじめに
8.2包接型1細胞アレイチップ
8.3包接型チップの作製
8.4包接型チップの温度特性
8.5リンパ球のアレイ化
8.6おわりに
9PDMSを利用したスフェロイドアレイ化技術(中澤浩二)
9.1はじめに
9.2細胞のパターニングと2D/3D細胞培養技術
9.3PDMSの特徴とセルチップへの展開
9.4マイクロコンタクトプリンティング法を利用したスフェロイドアレイ化技術
9.5微細構造PDMS基板を用いたスフェロイドアレイ化技術
9.6おわりに
10細胞外マトリックスを用いたマイクロパターン細胞共培養(福田淳二、鈴木博章)
10.1はじめに
10.2マイクロパターン細胞共培養
10.3細胞外マトリックスを用いたマイクロパターン細胞共培養
10.4おわりに
第4章細胞の3D組織化
1皮膚の3次元培養キット(M島史泰)
1.1はじめに
1.2動物実験代替法と培養皮膚モデル
1.3ヒト3次元培養表皮モデルLabCyte EPI-MODEL
1.4美白研究と培養皮膚モデル
1.5LabCyte MELANO-MODEL
1.6おわりに
2生体内環境モデルとなる培養担体の開発(竹澤俊明)
2.1はじめに
2.2生体内の細胞挙動を制御している環境
2.3生体外に於いて生体内の疑似環境を創出する構想
2.4組織を薄切した切片担体の開発とその担体を用いた細胞応答の解析
2.5コラーゲンビトリゲル薄膜担体の開発とその担体を用いた細胞応答の解析
2.6おわりに
3PuraMatrix™ハイドロゲル:in vitroでの3次元組織再構築のためのペプチド性合成ECM(武井次郎)
3.1代替法の必要性
3.23次元培養の重要性
3.3PuraMatrix™
3.4In vitro代替法につながる技術
3.5その他のトピック
4新規ハイドロゲル(メビオールジェル®)を用いた三次元培養(吉岡浩)
4.1はじめに
4.2メビオールジェル®の特徴
4.3メビオールジェル®を用いた細胞培養法
4.4肝細胞の三次元培養によるHCV産生
5コラーゲンゲルドロップ三次元培養法を利用した抗癌剤スクリーニングシステム―抗癌剤感受性試験の実績と動物実験代替法としての可能性―(小林昶運)
5.1はじめに
5.2CD-DST法の概要
5.3CD-DSTの流れ
5.4臨床治療の指標としての応用
5.5動物実験代替法としての応用
5.6これからの可能性
6インクジェット技術を応用した細胞の3次元パターニング(逸見千寿香、西山勇一、中村真人)
6.1はじめに
6.2インクジェット技術の応用に期待される利点
6.3インクジェット技術による細胞プリンティング
6.3.1インクジェットノズルを用いた細胞の打ち出し実験
6.3.2ゲル材料を用いた細胞のパターニング
6.3.33Dバイオプリンターの試作、及び細胞の3次元パターニング
6.4今後の展望
6.4.1その他のゲル材料の応用
6.4.2インクジェット技術によるその他の生物材料のパターニングと3次元造形への応用
6.5おわりに
7集積化マイクロ灌流培養デバイスによる臓器由来細胞の培養と計測(木村啓志、酒井康行、藤井輝夫)
7.1はじめに
7.2マイクロ灌流培養デバイス
7.3マイクロ灌流培養デバイスの応用例
7.3.1肝臓組織構築のための灌流培養デバイス
7.3.2半透膜を有する灌流培養デバイス
7.3.3機能集積化マイクロ灌流培養デバイス
7.4おわりに
8動物実験代替のためのバイオリアクターを用いた3次元組織培養(加藤竜司、本多裕之)
8.1はじめに
8.2バイオリアクターを用いた細胞培養
8.3バイオリアクターを用いた細胞培養の可能性
8.4ラジアルフロー型バイオリアクター(Radial-flow Bioreactor:RFB)とは
8.5ラジアルフロー型バイオリアクターの構造と特徴
8.6ラジアルフロー型バイオリアクターにおける細胞培養
8.7ラジアルフロー型バイオリアクターを用いた人工癌組織の構築
8.8おわりに
第5章細胞応答のセンシング・イメージング
1甲虫ルシフェラーゼを利用したリアルタイム・マルチカラー遺伝子発現計測(浅井友実、西井重明、近江谷克裕)
1.1生物発光システムの利用
1.2遺伝子発現解析に用いられるルシフェラーゼ
1.3遺伝子発現解析のためのレポータープラスミドの構築
1.4リアルタイム測定
1.5発光イメージング
1.6マルチカラー発光計測
1.7おわりに
2p53R2遺伝子発現を指標としたヒト細胞遺伝毒性試験法(大野克利、山田敏広)
2.1はじめに
2.2DNA修復遺伝子p53R2
2.3試験方法
2.4遺伝毒性物質の検出と既存の遺伝毒性試験との比較
2.5DNA損傷形式の異なる遺伝毒性物質の反応性
2.6各細胞による反応性の差
2.7おわりに
3細胞マイクロアレイチップのための計測・支援技術(鈴木正康)
3.1動物実験代替法としての細胞マイクロアレイチップ
3.2細胞マイクロアレイチップに必要なセンサ技術
3.2.1細胞活性の検出
3.2.2細胞の特定生成物の検出
3.2.3細胞内部の状態の計測
3.3マイクロアレイ型化学・バイオセンサ
3.4二次元SPRアフィニティーセンサ
3.5単一細胞スクリーニングシステム実現のための関連支援技術
3.5.1特定細胞回収
3.5.2一体型細胞スクリーニング装置
3.6終わりに
4血管新生キット―細胞培養と解析ソフトウェア―(半田由希、元野満、鳥島久)
4.1はじめに
4.2血管新生キットの原理・特長
4.2.1構造
4.2.2操作
4.3プロトコール
4.3.1キットの培養
4.3.2スコアリング
4.4陽性対照と陰性対照の血管新生データ
4.4.1陽性対照
4.4.2陰性対照
4.5応用例
4.6おわりに
5マイクロ電極を用いた受精卵呼吸測定(阿部宏之)
5.1はじめに
5.2マイクロ電極を用いた細胞呼吸測定装置
5.3受精卵の呼吸測定
5.4呼吸活性を指標にした胚のクオリティー評価
5.5細胞呼吸測定装置の応用
5.6おわりに
6組織モデルを指向した細胞ネットワークチップ(梶弘和、西澤松彦)
6.1はじめに
6.2パターン培養技術
6.2.1マイクロコンタクトプリンティング
6.2.2電気化学反応を利用するダイナミックパターニング
6.3細胞マイクロパターンのキャラクタリゼーション
6.3.1心筋細胞ネットワークの拍動特性と薬理応答の基礎検討
6.3.2毛細血管構造のパターン形成と機能評価
6.3.3ヘテロな細胞間相互作用による肝細胞の機能発現
6.4おわりに
7薬物細胞アッセイと細胞スクリーニング技術(森田資隆)
7.1はじめに
7.2細胞チップを用いた神経成長因子様作用ペプチドのスクリーニング
7.3ファージディスプレイ法による幹細胞認識化合物のスクリーニング
7.4おわりに
8代謝デバイスの構築と応用―バイオ人工肝からマイクロリアクター、そしてナノテクの世界へ―(大政健史、絵野沢伸)
8.1はじめに
8.1.1生体内代謝反応のシミュレートとは
8.1.2生体内代謝の重要な担い手―肝臓
8.2代謝デバイスの構築とそのセンシングへの応用
8.2.1マクロ(個体)からのアプローチ:動物実験系、バイオ人工臓器
8.2.2ミクロ(酵素、細胞)からのアプローチ:肝ミクロソーム、初代肝細胞、肝由来細胞株の利用
8.2.3マイクロリアクターを用いた連続代謝デバイス
8.2.4ナノテクノロジーを用いた非細胞性代謝デバイスの開発
8.3おわりに
9蛍光相関分光法による細胞内ならびに生体内シグナル解析(齋藤有香、金城政孝)
9.1はじめに
9.2目的
9.3方法
9.3.1蛍光相関分光法
9.3.2灌流法
9.3.3灌流条件
9.3.4灌流肝のFCS測定
9.4蛍光カルシウムインジケーターRhod2-AMについて
9.5実験結果
9.5.1Rhod2が細胞内で機能しているかの検討
9.5.2Rhod2溶液中、遊離肝細胞、灌流肝でのFCS測定結果の比較
9.5.32mM、20mM乳酸添加時のFCS測定結果の比較
9.6考察
9.7展望
10非線形光学顕微鏡による細胞・生体組織のイメージング(藤田克昌)
10.1はじめに―生体をありのままで観察―
10.22光子励起蛍光顕微鏡
10.3第2高調波顕微鏡
10.4コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡

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