細胞伸展を目的とした高強度 ペプチドハイドロゲルの設計評価

動的受精卵培養システム

の臨床応用展開

○松浦宏治

1

_・原鐵晃

2

_{・成瀬恵治}

3

（岡山大学・異分野融合先端研究コア

1

_、

県立広島病院・生殖医療科

2

_、

岡山大学・医歯薬学総合研究科

3

_）

「岡山大学新技術説明会」⑥

不妊治療

体外受精

着床

受精卵

培養

精子選別

子宮内に移植

挙児

体外受精

精液

未受精卵

女性

男性

精子

顕微授精

未受精卵

キャピラリー

精子

通常体外受精

培養液

未受精卵

精子

採卵

精子洗浄・選別

現状の受精卵培養

細胞数の多い大きな胚盤胞

を一つだけ子宮に移植

（単一胚移植）

前核形成期

→ 胚盤胞

CO

インキュベータ内

で５日間受精卵培養

マイクロドロップ法

体になる部分

栄養になる部分

培養液

ミネラルオイル

現状の不妊治療手技の問題点

問題点：

生体内のメカニカル環境が全く反映され

ていない系での精子選別および受精卵培養

生理的なメカニカル環境を反映させた培養システム

培養液

ミネラルオイル

静置培養

着床率上昇

成熟度の高い胚盤胞を移植

動的培養

開発した不妊治療用システム

Tilting Embryo Culture

System (TECS)

成瀬恵治、石田敬雄、松浦宏治、

舟橋弘晃、原鐵晃、

「卵細胞揺動培養器およびその

方法」、

特開

2009-027973、

岡山大学、

2009年2月12日

Tilting Embryo Culture System (TECS)

受精卵を移動

させながら培養

マイクロドロップ等の

臨床現場での体外培養系が適用可能

障壁なく受け入れられる利点

マウス受精卵と培地の移動速度

受精卵

移動

培地

移動

有

無

Tilt

Hold

6秒後

40秒後

移動速度

~25 µm/sec

移動速度

~6 µm/sec



シェアーストレス（Shear stress）

摩擦力（Friction）

圧縮力（Compression）

TECSで負荷されるメカニカルストレス

底面近傍の流体中を回転する球体は「滑っている」

そのため、底面からの摩擦力は非常に小さい

Tilt

Hold

TECSによるマウス受精卵へのシェアーストレス(SS)

7.5x10

Dyne/cm

1.5x10

Dyne/cm

シェアーストレスは胚移動速度に比例

マウス胚培養成績

66

77

A

v

er

age

of

t

he

c

el

l

num

ber

*

CTRL TECS

マウスで胚盤胞細胞数が増加

*

P < 0.05

胚盤胞細胞数

二細胞期からの

胚盤胞到達率

B

las

toc

y

s

t

dev

el

opm

ent

(

%

)

CTRL TECS

*

46

59

1.2

0

適度な

SS

Dyne/cm

アポトーシス

細胞数増加

0.0075

過剰な SS

MAPK kinase 8/9活性化

apoptosis促進

TECS

シグナル伝達？

成績向上理由

(1)老廃物拡散の影響○

(2)メカニカルストレスの効果△？

!

ヒト受精卵による試験から臨床試験へ

2010 Matsuura et al.

34

43

*

CTRL TECS

ヒト受精卵で胚盤胞細胞数が増加

胚盤胞細胞数

三～八細胞期からの

胚盤胞到達率

CTRL TECS

44

53

動物胚○

ヒト受精卵●

臨床試験？

*P < 0.05

ヒト受精卵を用いた臨床研究

単一胚移植した８例のうち、TECS培養区の７例では

着床し、４人の男の子と３人の女の子が生まれた。

体外受精からの胚盤胞到達率

最高品質胚盤胞の割合

*P < 0.05

%

*

CTRL

TECS

CTRL

TECS

*

4

14

31

44

2012 Hara et al.

今後検討すべき点

• 他にも、化学的妊娠率が有意に上昇したとの

報告（英ウィメンズクリニック＠三宮）

• 臨床試験に関する問題点として、複数の機関

で同じ条件でデータを蓄積することが大事

•

TECSは現在は㈱メニコン・ライフサイエンス事

業部が発売（本特許の活用）

• 北米・ブラジル・

EU など海外のクリニックでの

使用が開始

人工卵管モデルとなるマイクロ流体システム

卵 管

人 工 系

マクロ

マイクロ

ナノ

筋肉蠕動

卵管内

流路

繊毛構造

繊毛表面物質

メカニカル

駆動系

マイクロ

流路

マイクロ

パターニング

表面被覆

1cm

100μm

0.1μm

（

=100 nm）

Actuator

system

37℃

CO

5%

Incubator _Motor

Controller

PDMS microfluidic device with membrane (0.1 mm)

Medium channel unit Inlet

Outlet Air channel

Medium channel Outlet reservoir Inlet reservoir Reservoir unit

駆動系（インキュベー

タの外）

シリンジ移動速度で

流路内培地の流速

変化可能

空圧アクチュエータ人工卵管構成

Bar=1 cm

シリンジと

PDMS薄膜移動模式図

増加

_減少

シリンジ速度と受精卵移動速度との関係

Translation

Fluid flow

No contact

Shear stress

Contact

Rotation

Fluid

flow

シリンジを押す速度によって、負荷できるMSの種類と大きさが変化

SLOW syringe velocity (0.5 mm/s)

受精卵培養結果

Dynamic cultureで成績上昇

Static Dynamic

A

v

er

age

of

t

he

c

el

l

num

ber

*

P < 0.05

Static Dynamic

62

74

₇₆

₈₃

胚盤胞細胞数

二細胞期からの

胚盤胞到達率

シリンジ

移動速度

10 mm/s

他の培養システムとの比較

Microfunnel

Funnel

reservoir

Medium motion

Research

group

Culture

system

Effect of

DCS to

Static culture

Facilitation of

diffusion

Calculated

SS

(dyne/mm

₎

Other forces

except SS

Matsuura

TECS

YES

YES

0.7

NO

Matsuura

MVC

NO

NO

1.2 - 50

Vibration

Matsuura

PAECS

YES

YES

9

NO

Heo

Microfunnel

YES

YES

0.7

NO

Mouse embryonic development and culture environments using DCSs

従来の方法

着床

臨床面の意義

受精卵および卵管因子双方による難治患者の場合

ＴＥＣＳにより難治患者の治療成功率上昇

DCS

受精卵発育の成績が向上

→ 胚移植の機会 → 着床する可能性上昇

動物胚○

ヒト余剰卵○

臨床試験●

難治患者の治療成功率上昇

要約

卵管内で負荷される

生理的なメカニカル環境

参考非特許文献

【論文】Koji Matsuura, Nobuyoshi Hayashi, Yuka Kuroda, Chisato Takiue, Rei Hirata, Mami Takenami, Yoko Aoi, Nanako Yoshioka, Toshihiro Habara, Tetsunori Mukaida, Keiji Naruse, Improved Development of Mouse and Human Embryos by Tilting Embryo Culture System,

Reproductive Biomedicine Online, 20(2010), 358-364

Takayuki Koike, Koji Matsuura, Keiji Naruse, Hiroaki Funahashi, In-vitro Culture with a Tilting Device in Chemically Defined Media during Meiotic Maturation and Early Development

Improves the Quality of Blastocysts Derived from In-vitro Matured and Fertilized Porcine Oocytes, Journal of Reproduction and Development, 56(2010), 552-557

Tetsuaki Hara, Koji Matsuura, Takashi Kodama, Keiko Sato, Yuko Kikkawa, Tomomi Muneto, Junko Tanaka, Keiji Naruse, A tilting embryo culture system increases the number of high-grade human blastocysts with high-implantation competence, Reproductive Biomedicine

Online, (2012), in press

【総説】 松浦宏治、成瀬恵治、Dynamic Culture Systemによる受精卵発育促進とその機構解明、 JOURNAL OF MAMMALIAN OVA RESEARCH 28(2011), 174-179

【著書 】Koji Matsuura, and Keiji Naruse, Use of Silicone Elastomer-Based Microfluidic Devices and Systems in Reproductive Technologies, Elastomers, (2012), Intech, 243-262

問い合わせ先

岡山大学

知財マネージャー 今井 俊夫

ＴＥＬ ０８６－２５１ － ８４１７

ＦＡＸ ０８６－２５１ － ８９６１

e-mail [email protected]