伸展培養

オレンジサイエンスは、ライフサイエンスの中でも細胞生物学分野に関する研究機器に特化して販売およびサポートをしている会社です。

このページでは伸展培養とはどんな培養方法か、伸展培養のメリット、伸展培養が用いられる細胞やアプリケーション例、伸展培養に用いられる装置についてご説明します。

伸展培養とは

伸展培養とは、細胞や組織を培養する際に人工的に伸び縮み方向の刺激を与えながら細胞・組織を培養し、体内環境を再現しながら培養することを意味します。

体内にある細胞や組織は何らかの刺激を常に受けて活動しています。細胞を研究する際は体内環境と同じ環境を再現することで、体内環境と同じ状態を再現し細胞の研究を行うことができます。

日常的な運動や自然な動きの中では、伸展方向の刺激以外にも圧縮力、曲げ方向の力、ねじりやせん断などの力が常にかかっています。細胞はこのような機械的刺激を感知し、様々な生化学的経路を介して反応しているため、細胞生物学の分野では伸展負荷などの機械的刺激を応用した細胞培養や細胞の観察・研究が幅広く用いられています。

伸展培養によるメリット

伸展培養を用いることで得られるメリットには、細胞が成熟する効果や遺伝子・タンパク質発現が見られる、伸展刺激を与えている際の細胞の様子を観察できる、などのメリットがあります。

細胞活動を観察・研究する際は、細胞を体内環境に近づけて培養することで、細胞生物学分野の研究を効果的に進めることができます。

また、伸展負荷を与えるサンプルと刺激を与えないサンプルを比較することで、細胞活動や細胞の移動変化、細胞増殖、エネルギー代謝、シグナルメディエーター、細胞間コミュニケーション、タンパク質の合成、分泌、分解の速度、薬理作用への反応、最終的な形態などの比較ができます。

伸展培養が用いられる組織や細胞

筋肉、肺、心臓、血管、皮膚、腱、靭帯、軟骨、骨の細胞や心筋細胞、ips細胞、平滑筋細胞、骨格筋細胞、血管前駆細胞、血管内皮細胞、幹細胞、脂肪、上皮細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、骨芽細胞など、身体内のあらゆる細胞や組織の研究、再生医療に関する研究に用いられています。

伸展培養のアプリケーション例

伸展培養は身体中のあらゆる組織・細胞に応用でき、研究分野も細胞学を始め薬学や歯学、骨の研究など、あらゆる分野で応用が期待されています。

具体的なアプリケーション例としては、伸展培養時のリアルタイムでの細胞観察、各種細胞や組織への伸展刺激実験、細胞への短時間・長時間伸展培養による研究・観察、細胞内のシグナル伝達研究、細胞形態の研究、タンパク質発現の研究、遺伝子発現、イオンチャンネル、再生医療に関わる細胞の研究など、伸展培養はさまざまな用途で応用されています。

伸展培養に使用される装置

伸展培養には細胞伸展培養装置が用いられます。シリコンやPDMSなどの伸縮素材の上で細胞を培養し、伸び縮みの負荷を与え続けて細胞を培養します。

シート状のサンプルの伸展刺激を得意とする装置や1軸や2軸方向、360度方向の伸展負荷を継続的に与える装置、電気刺激を与えながら伸展培養を行える装置や3Dの組織伸展負荷が可能な装置など、さまざまな伸展負荷装置があり、研究の目的や用途に応じて様々な培養装置が使い分けられます。また、伸展以外にも圧縮刺激や静水圧刺激を行う装置、負荷やフォース測定を同時に行える装置など、多種多様な負荷装置が用いられます。

伸展培養装置 Flex Jr

オレンジサイエンスが扱う伸展培養装置 Flex Jrは、１プレート用の細胞伸展培養装置で、制御された伸展負荷条件を培養細胞に与え、繰り返し可能な用量反応実験を行うことができます。

単一のベースプレート、または顕微鏡デバイスを使用して、リアルタイムで細胞に伸展負荷を与えながら伸ばすことができます。

in vitroで培養された細胞に周期的または静的なメカニカルストレスを与えることができ、生体組織のひずみと周波数をシミュレーションして、筋肉、肺、心臓、血管、皮膚、腱、靭帯、軟骨、骨の細胞のリアルタイム応答を表示します。

細胞の移動や増殖、代謝、遺伝子、タンパク質の発現、細胞シグナル伝達経路、薬剤反応を観察したり、組織工学用の3D細胞播種コラーゲンコンストラクトを作成したりすることができます。

Flexcell社の製品は世界中の1,300以上の研究室で使用されており、4,000以上の研究論文に引用されています。

１プレート用伸展培養装置 Flex Jr.の特徴

コンピューター制御のバイオリアクター。真空圧と正圧でフレキシブルボトムの培養プレート上の細胞に、周期的または静的な伸展負荷を与えます。
単層、または3次元の細胞に、制御された静的または周期的な伸展負荷を与えます。
生体内組織の負荷と周波数を、生体外でシミュレートできます
最先端のデジタルバルブが、レジメンの真空圧と正圧を自動的に調整します
筋肉、肺、心臓、血管、皮膚、腱、靭帯、軟骨、骨の細胞のin vivo状態を模倣します。
細胞を播種する表面に、予めECMコーティング（細胞外マトリックスコーティング）がされているため手間・時間を節約できます。
消耗品（専用培養プレート）がリーズナブルに購入できるため、ランニングコストを抑えることができます。（6wellが標準のため、1wellあたりのコストが低く抑えられます。）
専用培養プレートの培養エリアが広いため、観察が容易です。
FlexSoft®FX-6000™ソフトウェアにより、1つのレジメンで複数の周波数、振幅、波形の変更をプログラムできます
Windows 10に対応
Bioflex®培養プレートと円柱状のローディングポストにより、等二軸伸展負荷が可能です。
ローディングステーションを削除することにより、勾配ひずみ、または無拘束膨張を実現。
利用可能な波形：静的、正弦波、心臓刺激、三角波、方形波、カスタム
モーターを使用していないため、不必要な熱が発生しません

等二軸伸展用培養プレート　BioFlex

使用方法（必要部材）

パラメーター設定方法

使用論文一覧

Inverted Stage Flexer（観察用チャンバー）

BioFlexの代わりに、Inverted Stage Flexerを使用することも可能です。

54mm径のシリコン膜の上で細胞の培養が可能です。（培養エリア　22.9 cm2）
StageFlexer 上の細胞は、通常の倒立顕微鏡で観察可能です。
デバイスは、通常の倒立顕微鏡に直接取り付け可能です。
シリコン膜の伸展範囲は1.6%～12%です。
焦点距離ニーズを満たすために、Z方向の測定が必要です。
簡単にセットアップ可能です。（5つのパーツのみ）

Inverted Stage Flexer

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伸展負荷装置の設置例

注意

真空圧用のポンプが必要となります。
Pressure Reservoirはオプションとなります。（エアーのスパイク防止）
Water TrapはFlexlinkよりも低い位置に設置してください。
FlexlinkからBaseplateのチューブは3ｍ以下にしてください。（3ｍ以下であれば問題ございません。）

エアーソース（ポンプ）

Flex Jr.には真空圧には下記スペックが必要です。下記メーカー推奨品か、同等品をご用意ください。

真空圧用ポンプ

メーカー：Leybold

型番：Trivac D8B

最大圧力： -100kpa

Flow Rate：5.7 ft³ / min (161 L / min)

メーカーHP

伸展負荷装置関連製品

BioFlex®Culture Plates

　伸展刺激培養装置専用培養プレートです。

BioFlex Loading Stations

　専用培養プレート（BioFlex）に等二軸伸展を与えるのに使用します。

BioFlex Cell Seeder

　専用培養プレート（BioFlex）の中心に細胞を培養し、Loading Stationと使用することにより、均一に伸展刺激を与えることができます。

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Flexcell社とその製品について

Flexcell社では、in vitroの2Dや3D培養上の細胞に機械的刺激（伸展、圧縮、せん断応力）を加えるダイナミックなセルストレッチングバイオリアクター、アクセサリー、消耗品をデザインしています。細胞の移動や増殖、代謝、遺伝子、タンパク質の発現、細胞シグナル伝達経路、薬剤反応を観察したり、組織工学用の3D細胞播種コラーゲンコンストラクトを作成したりすることができます。Flexcellが開発した細胞増殖用バイオリアクターシステム、アクセサリー、消耗品は、世界中の研究者のニーズに対応しています。再現性のある機械的刺激や容易なデータ収集を必要とする研究、in vitroでの細胞培養やin vivoに近い環境を必要とする研究など、Flexcellは研究者の方々に最適なセルストレッチングバイオリアクターシステムを提供しています。
Flexcell社の製品は世界中の1,300以上の研究室で使用されており、4,000以上の研究論文に引用されています。

Flexcell 伸展負荷セルストレッチングバイオリアクターの
In Vitroでの働き

Flexcellは30年以上にわたり、独自の真空圧技術を用いて培養中の細胞をストレッチする製品の設計、開発、製造を専門に行ってきました。Flexcell社は、細胞力学、サイトメカニクス、組織工学、創薬、整形外科、心臓血管、肺の研究などに携わる研究者の方々のために、商業的に利用可能なセルストレッチングソリューションの開発と製造に関する全般的な知識と経験を保有しています。

Flexcell社独自の空気圧式セルストレッチングバイオリアクターは、真空圧を利用して、細胞の増殖と成長に最適なin vivo環境をシミュレートし、in vitroモデルや3D組織を作成することで、細胞力学の研究を一歩先に進めます。

モーター駆動のシステムではなく、正圧と負圧の空圧システムを使用することにより、電界や磁界、振動の干渉を受けずに十分なひずみを加えることができます。Flexcellセルストレッチングバイオリアクターでは、空気圧式真空システムによりメンブレン全体に均等なひずみをかけることができるので、より多くの増殖表面積を確保することができます。特殊なフレキシブルボトム培養プレートは、あらかじめ滅菌され、共有結合した様々なマトリックスコーティングと剛性でプレコートされています。

体外でのメカニカルストレス・伸展負荷

日常的な運動や自然のプロセスでは、体内の細胞や組織に物理的な力（伸展、圧縮、せん断応力など）がかかります。細胞はこのような機械的刺激を感知し、機械的伝達と呼ばれる様々な生化学的経路を介して反応します。メカノトランスダクションに関与するさまざまなシグナル伝達物質、タンパク質、遺伝子などを理解することは、新しい治療法や薬剤を開発するための鍵となります。メカノバイオロジーの分野では、これらの物理的要因が、分子、細胞、組織レベルでの機械的伝達プロセスにどのように影響するかを研究しています。

in vitroでの機械的刺激の変化

細胞の移動
細胞増殖
エネルギー代謝
シグナルメディエーター
細胞間コミュニケーション
薬理作用への反応
タンパク質の合成、分泌、分解の速度

　　　*静止した環境下で培養された細胞と比較して

クライアントレビュー

「Flexcell Compression Plus システムを使用することで、カスタムデザインのハイドロゲルキャリア内での多細胞凝集体（MCA）の長期圧縮が可能になりました。結果として、上皮間葉転換に関連する遺伝子の発現の変化と、コラーゲンゲル上で圧縮されたMCAの分散の変化を確認できました。」

米国、ノートルダム大学生物科学科・Klymenko博士

論文

「細胞移動の原動力としての流体せん断の研究、すなわち「フロータキシス」の研究、およびそのような挙動を支配する分子メカノセンサーの研究（例えば、本研究でテストされたROCK）は、細胞移動に基づくホメオスタシスの基本的な理解に新たに改善された洞察を提供してくれる可能性があります。フローレジメンは、Flexcell® International Corp.が提供するStreamSoft v.4.1ソフトウェアで制御されたペリスタルティックポンプとOsci-Flowデバイスによって制御することができました。」

米国、ネブラスカ大学リンカーン校工学部機械・材料工学科、Riehl博士

論文

「細胞は，フレキシブルなシリコンボトムプレート（Flexcell® Tension System）に，1ウェルあたり3×105個の密度で播種しました。病的に上昇したサイクリックストレッチは，miR-27aの分泌を増加させました。このmiR-27aは，VSMCからVSMC-MPを介してECに移行し，続いてGRK6を標的とし，ECの増殖を誘発しました。局所的にmiR-27aを減少させることは、高血圧におけるECの異常な増殖を抑制するための新しい治療法となりえます。」

中国、上海交通大学生命科学・バイオテクノロジー学部機械生物学・医用工学研究所・王博士

論文