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バイオ3Dプリンタを用いた犬軟骨組織の体外構築と移植による軟骨再生治療効果の検討

Research Project

Project/Area Number 16J08547
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Veterinary medical science
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

遠藤 健太郎  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords間葉系幹細胞 / 軟骨再生 / 低酸素 / 組織工学 / 犬 / バイオ3Dプリンタ / 軟骨分化 / 再生医療 / 軟骨 / スフェロイド
Outline of Annual Research Achievements

まず、我々が培養法を確立させた新規犬間葉系幹細胞(MSCs)であるbone marrow peri-adipocyte cells (BM-PACs)からスフェロイドを作製し、バイオ3Dプリンタを用いて、3D組織構造体を作製した。構造体は通常酸素および低酸素環境下で7日間軟骨分化誘導を行った。一部のスフェロイドは構造体作製に用いず、単体で分化誘導を行った。構造体およびスフェロイド単体のいずれも、低酸素環境下で硝子軟骨様の分化を示したが、スフェロイド単体と比較すると、SOX9等の軟骨関連遺伝子の発現は構造体で有意に亢進した。また、通常酸素環境下では構造体のプロテオグリカンやⅡ型コラーゲン発現が低下した。以上から、3D軟骨組織構築においても低酸素環境は重要であり、バイオ3Dプリンタと低酸素培養を組み合わせることで、犬MSCsから硝子軟骨組織を体外構築することが可能であった。
次に、作製した構造体の犬軟骨欠損モデルにおける軟骨再生治療効果を検討した。健常ビーグル犬2頭からBM-PACsを培養し、移植予定部の3D形状を再現した直径6 mmの硝子軟骨構造体を低酸素下で作製した。その後、両後肢の大腿骨内側顆荷重部に直径6 mmの軟骨欠損を作製し、片側は構造体を移植する移植肢、対側は移植を行わない対照肢とした。3か月後に膝関節を採取し、移植部の組織学的評価を行った。Dog 1では移植肢、対照肢ともに欠損部が軟骨様組織で置換されていた。組織学的評価では、移植肢の欠損部は大部分が硝子軟骨様組織で置換されていたのに対し、対照肢では線維軟骨様組織が混在している様子が確認された。一方でDog 2では移植肢、対照肢ともに欠損部に再生軟骨組織はほとんど認められなかった。以上から、バイオ3Dプリンタにより作製した硝子軟骨構造体の移植により、欠損部の線維軟骨による再生を抑制出来る可能性が示唆されたが、今後、移植方法や移植後の管理等をさらに検討する必要があると考えられた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of fibroblast growth factor-2 and serum on canine mesenchymal stem cell chondrogenesis2018

    • Author(s)
      Endo Kentaro、Fujita Naoki、Nakagawa Takayuki、Nishimura Ryohei
    • Journal Title

      Tissue Engineering Part A

      Volume: 印刷中 Issue: 11-12 Pages: 901-910

    • DOI

      10.1089/ten.tea.2018.0177

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] バイオ3Dプリンタを用いた犬間葉系幹細胞からの軟骨組織構築における低酸素環境の影響2019

    • Author(s)
      遠藤健太郎、藤田直己、國富芳博、高井治美、鳥井蓉子、武田妙、陳君妍、中川貴之、西村亮平
    • Organizer
      第18回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低酸素環境による犬間葉系幹細胞の硝子軟骨への分化運命決定2018

    • Author(s)
      遠藤健太郎、藤田直己、武田妙、陳君妍、羽生航、中川貴之、西村亮平
    • Organizer
      第161回日本獣医学会総会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低酸素環境が犬間葉系幹細胞の軟骨分化に与える影響2018

    • Author(s)
      遠藤健太郎、藤田直己、武田妙、陳君妍、中川貴之、西村亮平
    • Organizer
      第17回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 犬の骨髄脂肪細胞周囲細胞の肝細胞成長因子分泌能と脊髄損傷に対する経静脈移植の効果2018

    • Author(s)
      武田妙、陳君妍、林杏怡、遠藤健太郎、中川貴之、西村亮平、藤田直己
    • Organizer
      第17回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 犬間葉系幹細胞の効率的な軟骨分化条件の検討2017

    • Author(s)
      遠藤健太郎、藤田直己、林杏怡、中川貴之、西村亮平
    • Organizer
      第16回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2017-03-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 3D Bioprinting of Cartilage Tissue Using Canine Mesenchymal Stem Cell Spheroids under the Optimal Growth Factor Condition2017

    • Author(s)
      K. Endo, N. Fujita, Y. Kunitomi, T. Takeda, J. Chen, K Nakayama, R. Nishimura
    • Organizer
      2017 TERMIS-Americas
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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