国立先进产业科学技术研究所[董事长中钵良二]（以下简称“AIST”）生物医学研究部[研究主任大西义明]下一代医疗器械研究组首席研究员山添康宗、研究员栗之丸高明和细胞力学研究组中村富美研究组组长（与东京农工大学同时）开发了一种微型机械，构建类似于活体组织的人造组织。
模仿活体组织的人造组织可用于治疗因损伤或疾病而受损的组织，以及作为动物实验的替代方案来评估新的候选药物。这次，我们提出了一种“使用微型机器构建人造组织”的新方法。基于这种独特的想法，我们开发了一种微型机器，可以将细胞以所需的数量、形状和时间运输和放置在不同的位置。通过使用这种微型机器操纵细胞，可以执行传统方法难以完成的各种过程，并且有望有助于实现更灵活的人工组织构建。
该结果的详细信息于2019年11月28日（英国时间）发表在学术期刊上材料视野
使用微型机器进行细胞操作来构建人造组织
近年来iPS 细胞是啊ES细胞。利用这些细胞模仿活体组织的细胞排列并构建人造组织的研究正在加紧进行。这种人造组织有望用作移植组织，可以接管受损组织的功能，并作为新药开发的测试组织，替代动物实验。
已经报道了多种构建人造组织的方法。然而，现有方法假设人造组织可以通过单细胞放置操作来完成，或者该组织构建在平坦的基底上。因此，人造组织一旦创建就不可能随意修改，例如稍后添加新细胞。此外，不可能在不平坦、复杂形状的表面上或在封闭空间内构建组织。
为了消除传统方法的各种束缚，更自由地构建组织，不仅仅是对传统方法的改进，而是需要一种全新的、完全不同的思维方式。
AIST 一直致力于开发可用于医疗领域的微型机械 (2017 年 11 月 17 日 AIST 新闻稿）。这次，我们设计了利用微型机械来消除传统人工组织构建方法的各种限制，实现更灵活的组织构建，并致力于开发用于构建人工组织的微型机械。
此项开发得到了日本学术振兴会科学研究补助金（2017 财年至 2019 财年）的支持。
新开发的微型机器具有以下用于构建人造组织的功能。
- 微型机器的运动可以利用磁力远程控制。
- 可以捕获细胞，将其运输到目的地，并在目的地卸载。这些操作无需对细胞进行任何特殊处理，这一系列操作不会对细胞造成损伤。
- 大小和形状可以自由更改，从而使细胞能够以所需的数量和形状输送到目的地。
图 1 显示了所开发的微型机械的概述。主体由血清白蛋白制成，对细胞无害，并含有磁性纳米粒子，可以利用磁力进行远程控制。微型机器必须首先捕获细胞，然后在到达目的地后释放它们。为了实现细胞的这种“捕获-分离”，我们将细胞捕获部分附着到表面，通过疏水相互作用与细胞膜弱结合。
图1 新开发的微型机器
图 2 显示了使用开发的微机器进行的一系列细胞操作的结果：细胞捕获、运输和卸载。使用磁铁，微型机器被引导到细胞存在的位置，接触并捕获细胞。然后捕获的细胞被运送到目的地。为了将细胞卸载到目的地，让机器捕获的细胞粘附到目的地表面过夜，然后仅回收机器，而粘附的细胞保留在原位。使用类似的方法，可以将细胞供应到各种位置，例如形状复杂且不平坦的表面，或者培养容器和微通道的侧面和天花板。
图 2 使用微型机器将细胞运输到目的地
为了构建模仿活体组织的人造组织，需要通过以任意排列方式排列多种类型的细胞来组装组织。为了展示新开发的微机器的实用性，我们创建了由不同细胞类型组成的二维和三维细胞组织结构（图3）。
图 3 左侧显示了二维结构的结果。使用环形微型机器，第一种类型的细胞（成纤维细胞，先前染成红色）被放置在基板上。那么第二种细胞(基质细胞，染成绿色）的圆形微型机器引导到环内，并将细胞放置在环内。这次使用了两种类型的细胞，但可以重复相同的过程来分阶段排列细胞以创建复杂的组织。此外，可以通过将其他细胞层叠起来来构建三维组织。在图 3（右）中，使用大型圆形微型机器放置第一种类型的细胞，然后捕获第二种类型的细胞并将其分层在第一种类型的细胞顶部，以创建三维细胞组织。
图3：使用微机械制造二维和三维细胞组织结构
通过这种方式，新开发的微型机器可以自由放置细胞并构建人造组织。此外，由于可以在任意时间添加细胞，因此可以根据需要向已经制作的组织添加新的细胞，从而可以灵活地改善组织。这种微型机器能够实现传统方法难以执行的各种工艺，并且被认为极大地有助于实现更灵活的组织结构。
未来，我们将利用已开发的微机械来开发更类似于活体组织的先进人造组织，并将用于移植治疗和药物评价。我们还将致力于将其应用于炎症性肠病的细胞疗法。
国立产业技术综合研究所
生物医学研究部下一代医疗器械研究组
首席研究员 Yasumune Yamazoe 电子邮件：hironori-yamazoe*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）