細胞分離・操作技術の最前線
Advanced Technologies of Cell Separation and Manipulation
[コードNo.2008T617]

■監修/ 福田敏男(名古屋大学 教授)、新井史人(東北大学 教授)
■体裁/ B5判 387ページ
■発行/ 2008年 4月 25日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,500円(税込価格)

「操作ツールの作製と応用」、「分離」、「パターニング」、「操作」、「加工」の五編構成。“細胞ハンドリング技術”のすべてがここに!
創薬や再生医療をはじめとした、細胞を扱う研究者、必読の一冊!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

はじめに
 近年、創薬活動や再生医療研究において、特定の細胞を分取して培養する、あるいは単一細胞に特定の分子を導入、観察して薬剤の挙動を分析するなどの研究が盛んに行われております。その際、特定の細胞の分取や単一細胞における発現制御などの制御手法が用いられるようになったことから、細胞のハンドリング技術の重要性が高まりつつあります。また、生物の仕組みを理解するには、構成要素としての細胞の機能を調べ、構成要素集団の統合機能を明らかにすることが不可欠です。これまで、細胞の機能の探求には、細胞の環境への物理化学的な応答や、細胞間相互の生物学的環境への応答を調査するアプローチがとられてきました。細胞周りの局所環境を制御することで、細胞内・外あるいは細胞間における化学的・力学的相互作用を能動的に引き起こし、その変化を追うことで細胞システムの仕組みを解明するアプローチは、今後ますます重要になると考えられます。これには、観察技術はもとより、分子、細胞、組織レベルの広い範囲において、特定の対象物を極めて高い選択性をもって高精度に操作する操作技術が必要不可欠となるといえます。
 本書は、急速に発展しつつある「細胞分離・操作技術」の最先端研究・開発について基礎から応用まで包括的な情報を提供することを目的としています。細胞分離・操作技術の基盤技術として、第I編では細胞操作ツールの作成と応用について述べています。次に、第II編では細胞を分離するための方法論と応用例を紹介しています。第III編では細胞を2次元もしくは3次元的に配列するための方法論と応用例を紹介しています。第IV編では細胞を巧みに操作するための方法論と応用例を紹介しています。第V編では細胞を加工するための方法論と応用例を紹介しています。本書においては、各章、第一線の研究者の方々に、ご多忙な中、ご執筆をいただきました。このため、本書には細胞分離・操作技術に関する最先端の内容が含まれております。ご執筆いただいた先生方およびこのような機会を与えてくださった出版社の方々に心から感謝いたします。研究進展の著しい細胞分離・操作技術の最先端の状況を理解するために、本書が当該分野および関連分野の企業・大学等の研究者、技術者、学生の方々の今後の研究・開発の一助になれば幸いです。
(「はじめに」より)
2008年4月 名古屋大学 福田敏男
東北大学  新井史人

執筆者一覧(執筆順)
庄子習一早稲田大学 理工学術院 教授
荒川貴博早稲田大学 理工学術院 助手
川合健太郎早稲田大学 先進理工学研究科 ナノ理工学専攻 博士課程
平藤衛アルテア技研(株) ライフサイエンス部 技術開発課
丸山央峰名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 研究員
松井真二兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所 教授
米谷玲皇東京大学 大学院工学系研究科 助教
生田幸士名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 生体医用マイクロナノ工学講座 教授
安田賢二東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授
関実千葉大学 大学院工学研究科 共生応用化学専攻 教授
横尾誠一東京大学 大学院医学系研究科 角膜組織再生医療寄附講座 教授
山上聡東京大学 大学院医学系研究科 角膜組織再生医療寄附講座 准教授
守田陽平東京大学 医科学研究所 幹細胞治療(高次機能)研究分野 研究員
山崎裕治東京大学 医科学研究所 幹細胞治療(高次機能)研究分野 技術員
中内啓光東京大学 医科学研究所 幹細胞治療(高次機能)研究分野 教授
新井史人東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 教授
加藤暢宏近畿大学 生物理工学部 知能システム工学科 准教授
ゲイリーD.スミスミシガン大学 医学部 産科婦人科 准教授
高山秀一ミシガン大学 工学部 バイオメディカルエンジニアリング学科 准教授
堀池浩(独)物質・材料研究機構 ナノ物質ラボ フェロー
三輪潤一東京大学 大学院工学系研究科 特任研究員
鈴木雄二東京大学 大学院工学系研究科 准教授
笠木伸英東京大学 大学院工学系研究科 教授
高須賀直美ミルテニーバイオテク(株)
山西陽子東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 産学官連携研究員
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 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 研究チーム長
安川智之兵庫県立大学 大学院物質理学研究科 准教授
鈴木雅登東北大学 大学院環境科学研究科 博士後期課程
末永智一東北大学 大学院環境科学研究科 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
糸賀和義東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 特任助教
大和雅之東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 准教授
秋山義勝東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教
小林純東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教
岡野光夫東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 所長、教授
井藤彰九州大学 大学院工学研究院 化学工学部門 准教授
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
上平正道九州大学 大学院工学研究院 化学工学部門 教授
岩永進太郎(財)神奈川科学技術アカデミー 中村バイオプリンティングプロジェクト 研究員
中村真人(財)神奈川科学技術アカデミー 中村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;東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 准教授
福田敏男名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 教授
中島正博名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 助教
新井健生大阪大学 大学院基礎工学研究科 システム創成専攻 教授
古沢浩高知工科大学 ナノ創製センター 准教授
早瀬仁則東京理科大学 理工学部 機械工学科 講師
片野坂友紀岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム循環生理 助教
入部玄太郎岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム循環生理 助教
山田章岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム循環生理 特任助教
成瀬恵治岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム循環生理 教授
小穴英廣東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 講師
恩田一寿東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻
長沼圭一(株)成茂科学器械研究所 技術部 主任
米山祐樹(株)成茂科学器械研究所 ナリシゲグループ統括本部 本部長
小林卓徳島文理大学 香川薬学部 助教
伊藤悦朗徳島文理大学 香川薬学部 教授
鷲津正夫東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻 教授
松岡英明東京農工大学 大学院工学府 生命工学専攻 教授
斉藤美佳子東京農工大学 大学院工学府 生命工学専攻 准教授
渡辺歴(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究員
伊東一良大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授
細川陽一郎濱野生命科学研究財団 21生命科学研究所
岡野和宣濱野生命科学研究財団 21生命科学研究所
増原宏濱野生命科学研究財団 21生命科学研究所
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
中村徳幸(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
三宅淳(独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 部門長
安田隆九州工業大学 大学院生命体工学研究科 准教授
加畑博幸京都大学 大学院医学研究科 先端領域融合医学研究機構 准教授;
(現)シスメックス(株) 中央研究所 実用化研究グループ
一木隆範東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻、ナノバイオ・インテグレーション研究拠点 准教授
赤木貴則東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻、ナノバイオ・インテグレーション研究拠点 助教
谷川民生(独)産業技術総合研究所 知能システム研究部門 主任研究員
市川明彦(独)産業技術総合研究所 知能システム研究部門 空間機能研究グループ 契約職員

構成および内容
【第I編 細胞操作ツールの作製と応用】
第1章マイクロ流体制御素子の作製と応用(庄子習一、荒川貴博、川合健太郎)
1はじめに
2細胞機能解析用マイクロシステム
3温度感応性ハイドロゲルを用いた生体分子ソーティング
4まとめ
第2章PicoPipet(R)を用いた操作例(平藤衛)
1はじめに
2PicoPipet(R)について
3MALDI-TOF/MS(Imaging)による細胞の存在確認
4操作ツールの紹介
5マウス卵細胞への操作
6おわりに
第3章バイオ操作ツールの作製と応用(丸山央峰)
1はじめに
2バイオ操作ツール
2.1バイオ操作ツールの作製方法
2.2バイオ操作ツールの操作方法
3バイオ操作ツールの応用例
3.1マイクロビーズを用いたバイオ操作ツール
3.2その場光造形法により作製したバイオ操作ツール
3.3温度感受性高分子を用いたバイオ操作ツール
3.4凝集ゲルマイクロビーズを用いたバイオ操作ツール
4おわりに
第4章集束イオンビームを用いたバイオナノツールの作製と応用(松井真二、米谷玲皇)
1はじめに
2立体バイオナノツール作成方法
3バイオ・ナノインジェクター
4フィルタリングツールによる単一葉緑体捕獲実験
5まとめ
第5章細胞操作用マイクロナノロボットとバイオ化学ICチップ(生田幸士)
1はじめに
2マイクロナノ光造形による立体的マイクロ・ナノマシン
3光駆動ナノマシンとナノロボット
4バイオ化学ICチップ
4.1無細胞蛋白合成化学ICチップ
4.2全工程マイクロ蛋白分析用化学ICチップ群
5再生医療用新概念マイクロ流路デバイス
5.1生分解性ポリマを用いた3次元マイクロ構造
5.2膜マイクロ流路作製手法「MeMEプロセス」
6次世代マイクロ手術ロボット
7手術手順記録用サージェリーレコーダシステム
8課題と展望
【第II編 細胞の分離】
第1章オンチップ・セルソーターシステム(安田賢二)
1はじめに
2DNA/RNAアプタマー修飾磁気ビーズによる精製法
3アポトーシスを用いた細胞精製技術
4オンチップ・セルソーターシステム
5おわりに
第2章マイクロ・ナノ流体デバイスによる細胞分離(関実)
1はじめに
2マイクロ・ナノ流体デバイスを用いた細胞分離法
3マイクロ流路内の層流を利用した分級法
4ピンチド流路を用いた粒子の分級(PFF法)
5分級精度の向上
6粒子の濃縮・分級(HDF法)
7濃縮・分級効率の向上(HDF法の改良)
8おわりに
第3章ヒト角膜の前駆細胞・組織幹細胞の分離(横尾誠一、山上聡)
1はじめに
2角膜組織の構造
3角膜内皮前駆細胞の採取法
3.1スフェア法とは
3.2ヒト角膜内皮層からの単一細胞採取
3.3スフェア法による角膜内皮前駆細胞採取
3.4ヒト角膜内皮細胞由来スフェアの回収と付着培養
3.5超親水性遠心管
4角膜実質層からの実質前駆細胞採取法
4.1角膜実質層からの単一細胞の採取
4.2スフェア法による角膜実質前駆細胞採取
4.3ヒト角膜実質層由来スフェアの回収と付着培養
5角膜上皮の組織幹細胞・前駆細胞の採取法
5.1輪部上皮組織から細胞採取
5.2単一細胞からの培養
6おわりに
第4章セルソーターによる組織幹細胞の分離(守田陽平、山崎裕治、中内啓光)
1はじめに
2抗体を用いた組織幹細胞の分離
2.1造血幹細胞の分離
2.2その他の組織幹細胞
3直接細胞を染色する色素を用いた組織幹細胞の分離
3.1SPフェノタイプによる造血幹細胞の分離
3.2SPによるその他の組織幹細胞の分離
3.3SPフェノタイプの問題点
4おわりに
第5章オンチップ細胞分離・操作と応答計測(新井史人)
1はじめに
2オンチップ細胞応答計測システムの必要性
2.1機能や培養条件が未知な場合
2.2遺伝子レベルでの機能が未知な場合
3バイオ応用のための微細操作技術
4オンチップ細胞応答計測システムの要素技術
5オンチップ細胞応答計測システムの事例紹介
5.1感温性高分子ゲルを用いた細胞固定とオンチップ培養
5.2光ピンセットを用いた細胞の位置決めと固定
5.3光硬化性樹脂を用いた細胞のその場固定とオンチップ培養
5.4垂直半透膜のその場造形と細胞応答計測
5.5細胞伸展培養による分化の活性評価
6おわりに
第6章マイクロフルイディクスによる細胞の分離と計測(加藤暢宏、ゲイリーD.スミス、高山秀一)
1はじめに
2スパームソーター
3パーティクルソーターとフローサイトメーター
4まとめ
第7章バイオチップ用血球・血漿分離(堀池浩)
1はじめに
2血液の初歩的知識
3マイクロフィルター法
3.1ガラス繊維フィルターを用いた血液濾過
3.2平板型マイクロ濾過器
4磁場泳動法
5遠心分離法
5.1遠心沈降分離の原理
5.2連続遠心分離法
5.3ヘルスケアチップ応用
5.4マイクロ流路曲管法
6あとがき
第8章抗原抗体反応を用いたマイクロ細胞分離デバイス(三輪潤一、鈴木雄二、笠木伸英)
1幹細胞治療のための細胞分離技術
2細胞分離法
3蛍光活性化細胞分離法(FACS)
4誘電泳動法(DEP)
5免疫磁気細胞分離法(IMCS)
6抗原抗体間の接着力を用いた細胞分離法
7結論と今後の展開
第9章磁気細胞分離(MACS(R))の基礎から最前線まで(高須賀直美)
1はじめに
2MACSの原理
3分離のストラテジー
4アプリケーション例:希少な幹細胞の分離
5アプリケーション例:分泌抗原に基づく生細胞の分離
6MACS(R)の広がる応用可能性
第10章磁気マイクロツールによるオンチップ微粒子操作(山西陽子、新井史人)
1はじめに
2MMTとマイクロ流路の製作
2.1MMTの加工方法
2.2マイクロ流路の加工方法
3MMTの駆動方法
4MMTの振動解析
5MMTの評価と考察
5.1性能評価
5.2性能試験
6画像処理によるソーティングの自動化
6.1ソーティングの実験方法
6.2ソーティングの自動化についての評価
7おわりに
【第III編 細胞のパターニング(2次元〜3次元)】
第1章光照射による細胞のパターニング(須丸公雄, 金森敏幸)
1はじめに
2光照射による接着細胞の選択的残存
3細胞接着阻害の光解除に基づくパターニング
4まとめと展望
第2章誘電泳動による微粒子および細胞配列(安川智之、鈴木雅登、末永智一)
1はじめに
2誘電泳動の原理
2.1交互くし型マイクロアレイ電極を用いる微粒子配列
2.2配列化微粒子の固定化
2.3負の誘電泳動による細胞配列
2.4正の誘電泳動による細胞配列
3おわりに
第3章電気化学反応を用いた細胞接着技術(梶弘和、西澤松彦)
1はじめに
2電極表面上での細胞接着のダイナミック制御
3微小電極を用いた細胞接着のin situ誘導
4導電性高分子を用いた細胞接着界面の構築技術
5おわりに
第4章細胞シート工学―パターン化細胞シートの作製と利用―(糸賀和義、大和雅之、秋山義勝、小林純、岡野光夫)
1はじめに
2細胞シート工学
3細胞のマイクロパターニング
4パターン化細胞シート
5おわりに
第5章細胞の磁気操作による三次元組織の構築(井藤彰、本多裕之、上平正道)
1はじめに
2バイオナノ磁性粒子
3バイオナノ磁性粒子を用いた三次元組織の構築
3.1磁力を用いた細胞足場材料への細胞播種法(Mag-seeding法)
3.2磁力を用いた重層化細胞シートの構築
3.3磁力を用いた細胞のパターニング
4おわりに
第6章インクジェット技術を用いた細胞の立体配列(岩永進太郎、中村真人)
1はじめに
2インクジェット技術による細胞の立体配置への応用展開
3インクジェットによる3次元構造体の造形技術
3.1インクジェットを用いた組織構築のための細胞プリンティング
3.2生体親和性ゲルを用いた細胞パターニング
3.33Dバイオプリンターによる3次元組織様構造物の作製
3.4細胞接着性ゲルを用いた育成する組織構造の作製
4おわりに
【第IV編 細胞の操作】
第1章バイオ・マイクロマニピュレーション(福田敏男、中島正博)
1はじめに
2接触型バイオ・マイクロマニピュレーション
3非接触型バイオ・マイクロマニピュレーションとバイオロボティクスへの展開
4バイオ・ナノマニピュレーションへの展開
5バイオ・マイクロマニピュレーションのシステム細胞工学への展開
6今後の展望
第2章マイクロハンドによるマニピュレーション(新井健生)
1マイクロ世界のマニピュレーション
2マイクロハンド
3多自由度2本指マイクロハンドの構成例
4マニピュレーションシステム
5細胞の剛性計測への応用
6おわりに
第3章走査型電極による非接触操作と分別回収(古沢浩)
1はじめに
2理論的背景
2.1電場の空間勾配による誘電泳動
2.2従来の誘電泳動力
2.3時間変化する場合への拡張
3走査法の概要
4走査法の特徴
4.1光ピンセット法との比較
4.2オンチップ法との比較
5実施例
5.1非接触操作
5.2分別回収
6ワンステップ識別法
7おわりに
第4章微細孔吸引による細胞固定技術(早瀬仁則)
1はじめに
2多孔質シリコン
3微小物体吸引デバイス
3.1デバイス構造
3.2製作手順
3.3貫通多孔質層形成
4貫通多孔質層の透過流量測定
4.1空気の場合
4.2純水の場合
4.3円管近似による理論値との比較
5ビーズ吸引実験
5.1実験方法
5.2観察結果
6今後の展開
7まとめ
第5章心血管系細胞への機械刺激負荷技術(片野坂友紀、入部玄太郎、山田章、成瀬恵治)
1心血管系細胞における機械受容機構の解明にむけて
2ヒト臍帯血管内皮細胞(HUVEC)のストレッチ刺激に対する応答
3マイクロコンタクトプリンティング法を用いた細胞形態制御によるストレッチ負荷
4細胞のストレッチ感受性を左右する因子〜形質膜直下の細胞骨格の重要性〜
5カーボンファイバーを用いた単離心筋細胞機械負荷
6おわりに
第6章光ピンセットによる分子操作(小穴英廣)
1はじめに
2光ピンセットの原理
2.1光の波長より十分小さい微粒子の場合
2.2光の波長より大きい微粒子の場合
3光ピンセットの実験装置
4光ピンセットによる分子操作
4.1タンパク分子の操作
4.2ランダムコイルDNAの単分子操作
4.3凝縮DNAの単分子操作
5おわりに
第7章光ピンセットの機能拡張技術(遠隔操作とマルチ光トラップ)(新井史人、恩田一寿)
1はじめに
2光ピンセットによる操作原理
3光ピンセットの遠隔操作
3.1マイクロ・ナノマニピュレータの遠隔操作
3.1.1バイラテラル制御系の構成方法
3.1.2マスタアーム
3.2光ピンセットの力逆送型バイラテラル制御系の実例
4マルチ光トラップによる軌道制御
4.1スキャニング法
4.1.1スキャニング光学装置
4.1.2スキャニング制御装置
4.1.3マイクロツール位置決め
4.2位相制御法
4.2.1位相制御光学装置
4.2.2位相制御装置
4.2.3Phase Contrast Filter
4.2.4位相コントラスト変換
4.2.5GPCによる多点光トラップ
4.3ハイブリッド光ピンセット
4.3.1ハイブリッド系光学装置
4.3.2ハイブリッド光ピンセットによる位置決め
5おわりに
第8章生物学・医学分野におけるマイクロマニピュレーターの最前線〜シングル・セル・アイソレーション・システムの開発〜(長沼圭一、米山祐樹、小林卓、伊藤悦朗)
1なぜ細胞1個の単離にこだわるのか?
2必要な「動作」
3マイクロマニピュレーターの動作
4マイクロマニピュレーターの製作
5顕微鏡用回転ステージの製作
6シングル・セル・アイソレーション・システムによる細胞単離の実際
7おわりに
【第V編 細胞の加工】
第1章電界集中を用いたオンチップエレクトロポレーション(鷲津正夫)
1はじめに
2電界集中を用いたエレクトロポレーションの原理
3電界集中を用いたオンチップエレクトロポレーションの実際
4細胞応答計測への応用
5おわりに
第2章再生医工学を目指すフェムトインジェクションシステム(松岡英明、斉藤美佳子)
1はじめに
2糖尿病に対する疾患モデル細胞ライブラリー構想
3フェムトインジェクション法の開発
4トランジエントアッセイによる複数遺伝子の発現解析
5おわりに
第3章フェムト秒レーザーを用いた細胞内手術法(渡辺歴、伊東一良)
1はじめに
2可視光・紫外光レーザーを用いた細胞内手術
3フェムト秒レーザーを用いた細胞内手術
4遺伝子導入
5タンパク質の局所的機能阻害・不活性化
6おわりに
第4章フェムト秒レーザー衝撃波とその応用(細川陽一郎、岡野和宣、増原宏)
1はじめに
2フェムト秒レーザー照射による衝撃波とキャビテーションバブルの発生
3フェムト秒レーザー衝撃波が細胞におよぼす効果
4フェムト秒レーザー津波の細胞加工への応用
5おわりに
第5章ナノ針を用いた細胞操作技術(中村史、中村徳幸、三宅淳)
1はじめに
2細胞への挿入動作を行う手法
3AFMによるナノ針の挿入操作と力学応答
4挿入に適した針先端の形状
5ナノ針による高効率遺伝子導入
6おわりに
第6章マイクロ流体デバイスによる培養細胞への薬剤投与制御(安田隆)
1培養細胞への局所的薬剤投与の必要性
2ナノホールとマイクロバルブをシステム化した薬剤投与制御デバイス
3ナノホールからの神経成長因子投与による神経細胞の分化誘導
4今後の展開
第7章細胞膜の平面展開技術―細胞内局在腫瘍マーカーの検出を例に―(加畑博幸)
1はじめに
2膜タンパク質研究の技術背景
3膜タンパク質と細胞診との関係
4レーザによる細胞膜アブレーションの試み
5レーザによる細胞質キャビテーションと細胞膜平面展開
6平面展開膜のキャラクタリゼーション
7おわりに
第8章細胞電気計測用デバイス(一木隆範、赤木貴則)
1標識を用いない細胞評価法としての細胞電気計測
2細胞表面電位と電気泳動
3チップ型細胞電気泳動システム
4細胞周期判定への応用
5アポトーシス判定への応用
6細胞試料の品質管理への応用
7免疫細胞電気泳動
8まとめ
第9章卵細胞の除核操作(谷川民生、市川明彦)
1はじめに
2二本指マイクロハンドによるクローニング作業
3マイクロ流体チップによる除核操作の自動化
3.1流体力による細胞切断
3.2自動切断実験
4おわりに

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