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動物実験代替のためのバイオマテリアル・デバイス (普及版)

  • Biomaterials and biodevices for alternative methods to animal testing (Popular Edition)
2007年刊「動物実験代替のためのバイオマテリアル・デバイス」の普及版。動物実験を削減・禁止する規制への対応に向けた代替法を纏めた一冊!簡便・高感度・高予測性を目指す代替法研究、バイオチップ活用術を網羅!

商品コード: B1077

  • 監修: 酒井康行・民谷栄一
  • 発行日: 2014年4月2日
  • 価格(税込): 5,616 円
  • 体裁: B5判、324ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0880-7

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  • バイオチップ / 細胞チップ / 培養基材 / 細胞培養 / 組織培養 / センシング / イメージング

刊行にあたって

 動物実験の削減や代替は、産業界から従来はネガティブに捉えられがちではありました。しかしながら、特に昨今のEUの動きをみれば社会的にはすでに寄り戻すことのできない大きな流れとなっています。一方、学術的な側面からは、新たな解析手法の開発とそれに基づく知見の急速な蓄積とによって、ヒトを始めとする個体システムの動作原理の本格的な理解がまさに始まりつつあり、「毒性や薬効発現プロセスをメカニズムベースで簡便な手法に落とし込む」ことが定石である代替法開発においても大きな影響を与えると思われます。また、様々な工学的技術は相変わらず進歩の速度を緩めてはいません。すなわち、社会的要請・学問の必然的発展方向の両視点において、代替法の研究開発が大幅に進行すべきまたは進行し得るステージにきており、そのような大きな流れをむしろポジティブに捉えることが適当であると感じています。
 本書では、代替法の実際を良く知り得る研究者の方々からの総論「代替法における工学的新技術の可能性」を踏まえた上で、利用が期待される大きな3分野の新技術―「デバイス・システム」、「マテリアルと細胞2Dパターニング・3D組織化」、「細胞応答のセンシング・イメージング」―を取り上げ、大学ばかりでなく企業でご活躍の第一線の研究者にご執筆いただきました。本書が、新たな代替法の研究開発を目指す方々、その適切な分野での適切な利用を追及される方々に対して、有益な情報を提供することができれば望外の幸せに思います。
(「はじめに」より抜粋)
東京大学大学院 医学系研究科 疾患生命工学センター 生産技術研究所  酒井康行
大阪大学大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻  民谷栄一

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2007年に『動物実験代替のためのバイオマテリアル・デバイス』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2014年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

酒井康行   東京大学大学院 医学系研究科 疾患生命工学センター 准教授
民谷栄一   大阪大学大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授
小島肇夫   国立医薬品食品衛生研究所 安全性生物試験研究センター 薬理部 新規試験法評価室 室長 
関島勝   (株)三菱化学安全科学研究所 鹿島研究所 先端技術研究部 部長
遠藤達郎   東京工業大学大学院 総合理工学研究科 メカノマイクロ工学専攻 助教
中村史   (独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 主任研究員
神保泰彦   東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 教授
森口裕之   東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 日本学術振興会特別研究員 
高山祐三   東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 日本学術振興会特別研究員 
安田 隆   九州工業大学 大学院生命体工学研究科 准教授
山村昌平   北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 助教
牛島ひろみ   (有)バイオデバイステクノロジー 企画部長
新田尚   (株)エフェクター細胞研究所 執行役員研究部長
玉谷卓也   (株)エフェクター細胞研究所 代表取締役専務
大塚英典   東京理科大学 理学部第一部 応用化学科 准教授
服部秀志   大日本印刷(株) 研究開発センター バイオマテリアル研究所 グループリーダー 
長棟輝行   東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻 教授
福田始弘   (株)クラレ 新事業開発本部 つくば研究所 マイクロデバイスグループ グループリーダー  
田崎剛   (株)クラレ 新事業開発本部 つくば研究所 マイクロデバイスグループ 研究員 
須丸公雄   (独)産業技術総合研究所 バイオニクス研究センター バイオナノマテリアルチーム 主任研究員
金森敏幸   (独)産業技術総合研究所 バイオニクス研究センター バイオナノマテリアルチーム チーム長
安保充   東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 講師
大久保明   横浜薬科大学 漢方薬学科 教授;勇心酒造(株) 研究所長
有馬祐介   京都大学 再生医科学研究所 科学技術振興 助教
岩田博夫   京都大学 再生医科学研究所 教授
横山義之   富山県工業技術センター 機械電子研究所 電子技術課 主任研究員
中澤浩二   北九州市立大学 国際環境工学部 環境化学プロセス工学科 准教授
福田淳二   筑波大学 大学院数理物質科学研究科 講師
鈴木博章   筑波大学 大学院数理物質科学研究科 教授
濵島史泰   (株)ジャパン・ティッシュ・エンジニアリング 研究開発部
竹澤俊明   (独)農業生物資源研究所 遺伝子組換え家畜研究センター 主任研究員
武井次郎   (株)スリー・ディー・マトリックス・ジャパン 製品開発部 マネージャー
吉岡浩   メビオール(株) 取締役
小林昶運   新田ゼラチン(株) 経営企画部 機能性素材チーム チームリーダー
逸見千寿香   (財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト 研究員 
西山勇一   (財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト 研究員
中村真人   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 准教授;(財)神奈川科学技術アカデミー バイオプリンティングプロジェクト プロジェクトリーダー
木村啓志   東京大学 生産技術研究所
藤井輝夫   東京大学 生産技術研究所 教授
加藤竜司   名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 助教
本多裕之   名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 教授
浅井友実   東洋紡績(株) 敦賀バイオ研究所 研究員
西井重明   東洋紡績(株) 敦賀バイオ研究所 バイオグループ グループリーダー
近江谷克裕   北海道大学大学院 医学研究科 先端医療講座 光生物学分野 教授
大野克利   日清食品(株) 食品安全研究所 主任
山田敏広   日清食品(株) 食品安全研究所 所長
鈴木正康   富山大学 大学院理工学研究部 教授
半田由希   倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
元野満   倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
鳥島久   倉敷紡績(株) バイオメディカル部 バイオプロダクツサービスグループ
阿部宏之   東北大学 先進医工学研究機構 生命機能科学分野 教授
梶弘和   東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 助教
西澤松彦   東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 教授
森田資隆   近畿大学 産業理工学部 生物環境化学科 講師
大政健史   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
絵野沢伸   国立成育医療センター 研究所 移植・外科研究部 実験外科研究室長
齋藤有香   北海道大学 大学院理学研究科 化学専攻;(現)毎日新聞社
金城政孝   北海道大学 大学院先端生命科学研究院 細胞機能科学研究室 教授
藤田克昌   大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教

執筆者の所属表記は、2007年当時のものを使用しております。

目次

第1章 代替法における工学的新技術の可能性

1. 代替法国際動向から見た新技術導入の可能性 
1.1 動物実験代替法における新技術導入の目的
1.2 試験法の公定化
1.3 バリデーション
1.3.1 動物実験代替法センターの設立
1.3.2 バリデーションでの必須事項
1.4 第三者評価(Peer Review)
1.5 行政的な受入れ
1.6 おわりに

2. 受託機関から見た新代替法導入の可能性  

第2章 デバイス・システム

1. コア・シェルナノ粒子基板を用いたプラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップ 
1.1 はじめに
1.2 プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップの作製および測定系の構築
1.3 プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップを用いた細胞代謝産物の非標識検出
1.3.1 プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップを用いたB細胞刺激応答の非標識検出
1.3.2 抗体固定化プラズモニック非標識細胞アッセイバイオチップによるIL-2の非標識検出および定量
1.4 おわりに

2. 原子間力顕微鏡と細胞機能解析 
2.1 はじめに
2.2 AFMの動作原理と分子像撮影
2.3 AFMを用いた相互作用測定
2.4 AFMによる機械的物性の評価
2.5 AFMの分子マニピュレーターとしての利用
2.6 ナノ針を挿入する細胞操作技術:セルサージェリー
2.7 ナノ針による高効率遺伝子導入
2.8 乳癌細胞を用いたホルモン製剤の試験
2.9 おわりに

3. 電極アレイシステムを用いる神経機能解析 
3.1 神経系の電気信号とその計測
3.2 電極アレイ基板上での細胞培養
3.3 電気信号記録とデータ処理
3.4 薬物応答の検出

4. 細胞機能解析のための局所的化学刺激デバイス
4.1 はじめに
4.2 デバイスの構造と動作原理
4.3 デバイスの評価実験
4.4 おわりに

5. シングル細胞解析システム
5.1 はじめに
5.2 細胞チップを用いた細胞解析システム
5.2.1 シングル細胞アレイチップを用いた細胞シグナル解析
5.2.2 マイクロ流路型チップを用いた細胞解析システム
5.3 まとめ

6. アレルギーおよび美白応答スクリーニング細胞チップ
6.1 はじめに
6.2 アレルギー応答スクリーニングチップ
6.2.1 細胞応答の検出原理
6.2.2 Microfluidicチップの作成
6.2.3 チップ表面の改質と細胞培養
6.2.4 Microfluidicシステムによるアレルギー応答の検出
6.3 美白応答スクリーニング細胞チップ
6.4 おわりに

7. 細胞機能解析チップ 
7.1 はじめに
7.2 チップを用いた細胞走化性測定技術―TAXIScan
7.3 TAXIScan法で得られる疾患バイオマーカー
7.4 マスト細胞脱顆粒計測へのTAXIScanチップの応用
7.5 TAXIScanの創薬研究への応用
7.6 おわりに

第3章 マテリアルと細胞2Dパターニング

1. 高分子表面の微細加工技術とスフェロイドアレイ
1.1 はじめに
1.2 細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
1.3 3次元培養
1.4 肝細胞スフェロイドマイクロアレイ
1.4.1 培養床のマイクロパターン形状が培養に与える影響
1.4.2 移植不適合検体より採取したヒト肝実質細胞を用いた肝細胞スフェロイドマイクロアレイの調製
1.5 おわりに

2. 細胞転写印刷技術
2.1 はじめに
2.2 細胞転写印刷技術の概要
2.2.1 これまでに報告された手法
2.2.2 我々の手法
2.3 血管内皮細胞パターンの細胞外基質への転写
2.3.1 コーティングへの照射エネルギー量が細胞接着に及ぼす影響
2.3.2 培養時間あるいは細胞密度が転写時の細胞挙動に及ぼす影響
2.3.3 基板表面と細胞の接着の強さが転写時の細胞挙動に及ぼす影響
2.3.4 考察
2.4 おわりに

3. 細胞膜修飾剤(BAM)を用いた浮遊性細胞のパターニングとその応用 
3.1 はじめに
3.2 BAM修飾表面上への浮遊性細胞の固定化技術の開発
3.2.1 BAM修飾表面の調製
3.2.2 BAM修飾表面上への浮遊性細胞の固定化
3.2.3 BAM修飾表面上での固定化細胞の培養
3.3 BAMを用いた浮遊性細胞のパターニング
3.4 BAM修飾表面上の特定領域内での固定化細胞への遺伝子導入技術の開発
3.4.1 BAM修飾スライドグラス上での遺伝子/リポソーム複合体の固定化と固定化細胞への遺伝子導入方法
3.4.2 BAM修飾カバーガラス上での固定化細胞へのRNAiの導入
3.4.3 BAM修飾表面上での浮遊性細胞の高密度遺伝子導入マイクロアレイの作製
3.5 おわりに

4. マイクロ空間細胞培養プレート
4.1 はじめに
4.2 マイクロパターンの作製
4.3 マイクロ空間での細胞培養
4.3.1 細胞ネットワークの形成
4.3.2 マイクロウェルでの細胞重層化
4.4 おわりに

5. 光を用いたオンデマンド細胞パターニング  
5.1 はじめに
5.2 培養細胞の接着性を光照射で亢進する技術
5.3 同一微小流路内部への異種細胞の配列担持
5.4 細胞接着阻害を光で解除できる培養基材
5.5 おわりに

6. 細胞保持機能を有するバイオアッセイPDMSチップの構築 
6.1 はじめに
6.2 細胞保持膜の選択
6.2.1 光学特性
6.2.2 細胞毒性
6.2.3 耐久性
6.3 細胞保持チャンバーの設計
6.4 PDMSチップ上での細胞培養
6.5 PDMSチップ上での生死細胞染色
6.6 放出物の評価系(生存活性測定)
6.7 毒性試験PDMSチップの構築
6.8 ヒスタミン遊離試験
6.9 ヒスタミン遊離抑制試験
6.10 おわりに

7. パターン化自己組織化単分子膜を利用した細胞チップ 
7.1 はじめに
7.2 表面官能基が細胞接着に与える影響
7.3 細胞のパターニング
7.4 細胞アレイ
7.4.1 細胞アレイを用いた遺伝子機能の解析
7.4.2 細胞アレイを用いたフィーダー細胞の探索法
7.5 終わりに

8. 細胞捕捉機能を有する新マテリアル
8.1 はじめに
8.2 包接型1細胞アレイチップ
8.3 包接型チップの作製
8.4 包接型チップの温度特性
8.5 リンパ球のアレイ化
8.6 おわりに

9. PDMSを利用したスフェロイドアレイ化技術 
9.1 はじめに
9.2 細胞のパターニングと2D/3D細胞培養技術
9.3 PDMSの特徴とセルチップへの展開
9.4 マイクロコンタクトプリンティング法を利用したスフェロイドアレイ化技術
9.5 微細構造PDMS基板を用いたスフェロイドアレイ化技術
9.6 おわりに

10. 細胞外マトリックスを用いたマイクロパターン細胞共培養 
10.1 はじめに
10.2 マイクロパターン細胞共培養
10.3 細胞外マトリックスを用いたマイクロパターン細胞共培養
10.4 おわりに

第4章 細胞の3D組織化

1. 皮膚の3次元培養キット
1.1 はじめに
1.2 動物実験代替法と培養皮膚モデル
1.3 ヒト3次元培養表皮モデルLabCyte EPI-MODEL
1.4 美白研究と培養皮膚モデル
1.5 LabCyte MELANO-MODEL
1.6 おわりに

2. 生体内環境モデルとなる培養担体の開発  
2.1 はじめに
2.2 生体内の細胞挙動を制御している環境
2.3 生体外に於いて生体内の疑似環境を創出する構想
2.4 組織を薄切した切片担体の開発とその担体を用いた細胞応答の解析
2.5 コラーゲンビトリゲル薄膜担体の開発とその担体を用いた細胞応答の解析
2.6 おわりに

3. PuraMatrix(TM)ハイドロゲル:in vitroでの3次元組織再構築のためのペプチド性合成ECM  
3.1 代替法の必要性
3.2 3次元培養の重要性
3.3 PuraMatrix(TM)
3.4 In vitro代替法につながる技術
3.5 その他のトピック

4. 新規ハイドロゲル(メビオールジェル(R))を用いた三次元培養 
4.1 はじめに
4.2 メビオールジェル(R)の特徴
4.3 メビオールジェル(R)を用いた細胞培養法
4.4 肝細胞の三次元培養によるHCV産生

5. コラーゲンゲルドロップ三次元培養法を利用した抗癌剤スクリーニングシステム―抗癌剤感受性試験の実績と動物実験代替法としての可能性― 
5.1 はじめに
5.2 CD-DST法の概要
5.3 CD-DSTの流れ
5.4 臨床治療の指標としての応用
5.5 動物実験代替法としての応用
5.6 これからの可能性

6. インクジェット技術を応用した細胞の3次元パターニング 
6.1 はじめに
6.2 インクジェット技術の応用に期待される利点
6.3 インクジェット技術による細胞プリンティング
6.3.1 インクジェットノズルを用いた細胞の打ち出し実験
6.3.2 ゲル材料を用いた細胞のパターニング
6.3.3 3Dバイオプリンターの試作、及び細胞の3次元パターニング
6.4 今後の展望
6.4.1 その他のゲル材料の応用
6.4.2 インクジェット技術によるその他の生物材料のパターニングと3次元造形への応用
6.5 おわりに

7. 集積化マイクロ灌流培養デバイスによる臓器由来細胞の培養と計測 
7.1 はじめに
7.2 マイクロ灌流培養デバイス
7.3 マイクロ灌流培養デバイスの応用例
7.3.1 肝臓組織構築のための灌流培養デバイス
7.3.2 半透膜を有する灌流培養デバイス
7.3.3 機能集積化マイクロ灌流培養デバイス
7.4 おわりに

8. 動物実験代替のためのバイオリアクターを用いた3次元組織培養 
8.1 はじめに
8.2 バイオリアクターを用いた細胞培養
8.3 バイオリアクターを用いた細胞培養の可能性
8.4 ラジアルフロー型バイオリアクター(Radial-flow Bioreactor:RFB)とは
8.5 ラジアルフロー型バイオリアクターの構造と特徴
8.6 ラジアルフロー型バイオリアクターにおける細胞培養
8.7 ラジアルフロー型バイオリアクターを用いた人工癌組織の構築
8.8 おわりに

第5章 細胞応答のセンシング・イメージング

1. 甲虫ルシフェラーゼを利用したリアルタイム・マルチカラー遺伝子発現計測
1.1 生物発光システムの利用
1.2 遺伝子発現解析に用いられるルシフェラーゼ
1.3 遺伝子発現解析のためのレポータープラスミドの構築
1.4 リアルタイム測定
1.5 発光イメージング
1.6 マルチカラー発光計測
1.7 おわりに

2. p53R2遺伝子発現を指標としたヒト細胞遺伝毒性試験法 
2.1 はじめに
2.2 DNA修復遺伝子p53R2
2.3 試験方法
2.4 遺伝毒性物質の検出と既存の遺伝毒性試験との比較
2.5 DNA損傷形式の異なる遺伝毒性物質の反応性
2.6 各細胞による反応性の差
2.7 おわりに

3. 細胞マイクロアレイチップのための計測・支援技術 
3.1 動物実験代替法としての細胞マイクロアレイチップ
3.2 細胞マイクロアレイチップに必要なセンサ技術
3.2.1 細胞活性の検出
3.2.2 細胞の特定生成物の検出
3.2.3 細胞内部の状態の計測
3.3 マイクロアレイ型化学・バイオセンサ
3.4 二次元SPRアフィニティーセンサ
3.5 単一細胞スクリーニングシステム実現のための関連支援技術
3.5.1 特定細胞回収
3.5.2 一体型細胞スクリーニング装置
3.6 終わりに

4. 血管新生キット―細胞培養と解析ソフトウェア― 
4.1 はじめに
4.2 血管新生キットの原理・特長
4.2.1 構造
4.2.2 操作
4.3 プロトコール
4.3.1 キットの培養
4.3.2 スコアリング
4.4 陽性対照と陰性対照の血管新生データ
4.4.1 陽性対照
4.4.2 陰性対照
4.5 応用例
4.6 おわりに

5. マイクロ電極を用いた受精卵呼吸測定
5.1 はじめに
5.2 マイクロ電極を用いた細胞呼吸測定装置
5.3 受精卵の呼吸測定
5.4 呼吸活性を指標にした胚のクオリティー評価
5.5 細胞呼吸測定装置の応用
5.6 おわりに

6. 組織モデルを指向した細胞ネットワークチップ
6.1 はじめに
6.2 パターン培養技術
6.2.1 マイクロコンタクトプリンティング
6.2.2 電気化学反応を利用するダイナミックパターニング
6.3 細胞マイクロパターンのキャラクタリゼーション
6.3.1 心筋細胞ネットワークの拍動特性と薬理応答の基礎検討
6.3.2 毛細血管構造のパターン形成と機能評価
6.3.3 ヘテロな細胞間相互作用による肝細胞の機能発現
6.4 おわりに

7. 薬物細胞アッセイと細胞スクリーニング技術 
7.1 はじめに
7.2 細胞チップを用いた神経成長因子様作用ペプチドのスクリーニング
7.3 ファージディスプレイ法による幹細胞認識化合物のスクリーニング
7.4 おわりに

8. 代謝デバイスの構築と応用―バイオ人工肝からマイクロリアクター、そしてナノテクの世界へ― 
8.1 はじめに
8.1.1 生体内代謝反応のシミュレートとは
8.1.2 生体内代謝の重要な担い手―肝臓
8.2 代謝デバイスの構築とそのセンシングへの応用
8.2.1 マクロ(個体)からのアプローチ:動物実験系、バイオ人工臓器
8.2.2 ミクロ(酵素、細胞)からのアプローチ:肝ミクロソーム、初代肝細胞、肝由来細胞株の利用
8.2.3 マイクロリアクターを用いた連続代謝デバイス
8.2.4 ナノテクノロジーを用いた非細胞性代謝デバイスの開発
8.3 おわりに

9. 蛍光相関分光法による細胞内ならびに生体内シグナル解析
9.1 はじめに
9.2 目的
9.3 方法
9.3.1 蛍光相関分光法
9.3.2 灌流法
9.3.3 灌流条件
9.3.4 灌流肝のFCS測定
9.4 蛍光カルシウムインジケーターRhod2-AMについて
9.5 実験結果
9.5.1 Rhod2が細胞内で機能しているかの検討
9.5.2 Rhod2溶液中、遊離肝細胞、灌流肝でのFCS測定結果の比較
9.5.3 2mM、20mM乳酸添加時のFCS測定結果の比較
9.6 考察
9.7 展望

10. 非線形光学顕微鏡による細胞・生体組織のイメージング
10.1 はじめに―生体をありのままで観察―
10.2 2光子励起蛍光顕微鏡
10.3 第2高調波顕微鏡
10.4 コヒーレントアンチストークスラマン散乱顕微鏡
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