バイオマトリクスを用いた軟骨細胞の三次元培養

• Project/Area Number: 11750684
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 生物・生体工学
• Research Institution: Sojo University (2000); Tokyo Institute of Technology (1999)
• Principal Investigator: 山本 進二郎 崇城大学, 工学部, 講師 (40262307)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2000: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 1999: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 軟骨細胞 / 三次元培養 / フェノタイプ / コラーゲン / バイオマトリクス

Research Abstract

関節軟骨は、一旦損傷すると再生が難しいため、軟骨組織を補うために生体適合性ポリマーや外科的に損傷部を補う方法が用いられているが、拒絶反応や素材の摩耗を考えると、生体内の組織を一部取り出して軟骨組織を生体外で再生させる技術(自家移植)の開発が有望視されている。
軟骨細胞が組織を形成するためには、組織特異的なII型コラーゲンやアグリカンの発現型(フェノタイプ)が大きく関与している。組織から分離した細胞を従来の空気存在下で継代培養すると、II型からI型へのコラーゲンの変化やアグリカンの発現の消滅(フェノタイプの消失)が知られている。関節軟骨は7.6〜53mmHgの低い酸素分圧にさらされていることから、フェノタイプの発現には酸素分圧が大きな因子として働くと考えられる。ゲルで包括固定した軟骨細胞は、フェノタイプの再発現に有効なことが知られているが、ゲル内での酸素の供給律速がその要因と考えられる。
本研究では自家移植を目指して、細胞を多量に準備するために必要な情報である継代培養に伴う細胞の増殖特性を検討するとともに、細胞増殖とコラーゲン代謝に及ぼす酸素分圧の影響を検討した。その結果、継代培養に伴う比増殖速度の変化は観察されなかったが、誘導期の短縮・消滅が認められた。また、低酸素分圧下の培養ではII型コラーゲンが再発現し、低酸素分圧の有効性が示唆された。さらに、ゲル培養を行ったところ、ゲルに包括固定しない細胞増殖(コントロール)に対してゲル培養では2/3程度に増殖速度は低下したが、適度な増殖因子(FGF)の添加によってコントロールと同等の増殖速度が得られたことから、三次元培養においても増殖因子の添加により細胞増殖速度を向上できることが示された。