温度で細胞を自在に分ける細胞選別チップを開発~1台で複数分離モードを実現。がん診断・再生医療応用に期待~

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2025-12-03 東京科学大学

東京科学大学の西迫貴志准教授らの研究グループは、温度制御のみで細胞分離条件を自在に変更できる 可変型DLD(Deterministic Lateral Displacement)細胞分離チップ を開発した。これは、温度応答性高分子 PNIPAM をマイクロピラー構造として配置し、温度に応じてピラー径や臨界径を変化させることで、粒子・細胞の分離モードを切り替える世界初の技術である。シリコン基板とペルチェ素子による高精度温度制御により、20〜40℃の範囲で臨界径が可変となり、1台のデバイスで「完全分離」「選択的分離」「分離なし」の3モードを実現した。乳がん細胞MCF-7を含む血液サンプルでの実証では、25℃で高純度分離が可能で、37℃では分離しないなど、温度依存的な動作を確認した。本技術はラベルフリーで細胞を非侵襲的に処理でき、がん診断や再生医療、希少細胞検出、ラボ・オン・チップ応用など、高度医療技術の柔軟かつ低コストな基盤となる可能性を持つ。

温度で細胞を自在に分ける細胞選別チップを開発~1台で複数分離モードを実現。がん診断・再生医療応用に期待~
図1. 温度応答型マイクロピラーアレイデバイス(上段)と分離モード切替の概念図(下段)
完全分離モードでは赤血球と白血球と細胞(大・小)を分けることができ、選択的分離モードでは大サイズ細胞のみを分離できることを実証

<関連情報>

熱応答性決定論的横方向変位デバイスを用いた調整可能な細胞分離 Tunable cell separation using a thermo-responsive deterministic lateral displacement device

Ze Jiang,Yusuke Kanno and Takasi Nisisako
Lab on a Chip  Published:03 Sep 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5LC00783F

Abstract

Tunability in isolating target cells of varying sizes from complex heterogeneous samples is essential for biomedical research and diagnostics. However, conventional deterministic lateral displacement (DLD) systems lack flexibility due to their fixed critical diameters (Dc). Here, we present a thermo-responsive DLD micropillar array that enables tunable cell separation by dynamically modulating Dc through temperature control. Our device integrates poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) hydrogel micropillars within a PDMS-silicon microfluidic chip mounted on a Peltier element, enabling precise Dc adjustments from 0.8 to 29.0 μm within a temperature range of 20–40 °C. Transient and steady-state simulations confirmed that the silicon substrate enhances thermal performance, ensuring rapid and uniform temperature regulation. Using blood samples containing human breast adenocarcinoma cells (MCF-7), we demonstrated three separation modes: (i) major separation at 25 °C, isolating MCF-7 cells (average size: 17.6 μm) with 100% purity; (ii) selective separation at 26 °C, targeting larger MCF-7 subpopulations (average size: 18.7 μm); (iii) minimal separation at 37 °C. All processes preserved cell viability. These findings highlight the potential of our thermo-responsive DLD platform for precise, temperature-controlled cell selection, offering broad applications in biomedical research and diagnostics.

生物工学一般
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