目的は、口腔扁平上皮癌と血管内皮細胞の共培養マイクロフルイディックチップを構築し、両細胞の相互作用を検証し、チップを用いて化学療法薬および抗血管新生薬の効果を評価することである。方法として、多孔性ポリパラキシレン膜で隔てられた二層のポリジメチルシロキサン（PDMS）チップを設計し、上部チャンバーにヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）、下部チャンバーにヒト舌扁平上皮癌細胞（WSU-HN6）をそれぞれ接種した。流体力学解析を行い、チップ内の相対圧力、流速およびせん断力を計算した。上層HUVECと下層HN6細胞に対して単独培養および共培養条件を設定した。HUVECは単独培養群（対照群）とチップ下層にHN6細胞を添加した共培養群（共培養群）に分けた。HN6細胞も単独培養群（対照群）とチップ上層にHUVEC細胞を添加した共培養群（共培養群）に分けた。qRT-PCRを用いて二つのグループのHUVECにおける血管内皮増殖因子（VEGF）、細胞間接着分子1（ICAM-1）、インターロイキン8（IL-8）のmRNA発現レベルを検出した。免疫蛍光染色によりVE-カドヘリンの発現状態を検出し、トランスエンドセルラ抵抗値によりHUVECのバリア機能を検査し、血管形成実験によりHUVECの管形成能を評価した。CCK-8試薬を用いてHN6細胞の活力を検出し、qRT-PCRでHN6のVEGF、塩基性線維芽細胞増殖因子（bFGF）、N-カドヘリン、E-カドヘリン、ビメントミンのmRNA発現レベルを測定した。免疫蛍光染色で上皮間葉転換（EMT）関連マーカーの発現を検出し、スクラッチアッセイでHN6細胞の移動能を検査し、TUNEL染色でHN6細胞のアポトーシスを検出した。結果として、チップ入口の培地流速を100μm/sに設定し、生理的な流動条件を模擬できた。共培養群のHUVECではVEGFとICAM-1のmRNA発現レベルが有意に上昇し（P＜0.01）、血管形成実験での結合点数（P＜0.05）と管の総長（P＜0.01）が有意に増加し、トランスエンドセルラ抵抗値が低下し、VE-カドヘリンの形態が不完全であった。qRT-PCRの結果は、単独培養のHN6細胞に比べて共培養群のHN6細胞の活力はほぼ変わらず、VEGFとN-カドヘリンのmRNA発現レベルが有意に上昇し（P＜0.05）、E-カドヘリンのmRNA発現レベルが有意に低下した（P＜0.05）。免疫蛍光染色では、上皮間葉転換（EMT）関連マーカーのタンパク質発現変化がqRT-PCRの結果と一致し、ビメントミン（P＜0.001）およびN-カドヘリン（P＜0.01）のタンパク質発現レベルが有意に上昇し、E-カドヘリンのタンパク質発現レベルが有意に低下した（P＜0.05）。共培養群のHN6細胞の24時間のスクラッチ治癒率は単独培養群より有意に高く（P＜0.01）、ベバシズマブの添加は細胞移動を抑制し（P＜0.0001）、濃度依存的に抑制効果は強まった。ベバシズマブはHN6細胞に対して細胞毒性を示さず、化学療法薬物に対する感受性を変化させなかった。結論 本研究で設計した二層マイクロフルイディックチップはHN6とHUVECの相互作用を模擬でき、薬物スクリーニングに応用可能である。

口腔扁平上皮癌;マイクロフルイディックチップ;血管内皮細胞;共培養