バイオ3Dプリンタを用いた間葉系幹細胞構造体による腱・靱帯組織の再生技術の開発

• Project/Area Number: 16K10864
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 岡田 貴充 九州大学, 大学病院, 助教 (70525550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 3Dバイオプリンタ / 腱・靱帯組織再生 / ヒト皮膚線維芽細胞 / 3D バイオプリンター / 牽引培養 / バイオ3Dプリンタ / 間葉系幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

ヒト皮膚線維芽細胞を96well plateで培養すると、接着細胞である皮膚線維芽細胞は細胞同士が接着しあって、36時間の培養にて自然と球状の凝集塊を形成し、直径500~600μmのスフェロイドとなった。このスフェロイドをコンピュータ上で構造体の配列を設定しまし、3D バイオプリンタを用いてスフェロイドを一つずつ剣山様ニードルアレイに刺していきスフェロイドを積み上げ、リング上の組織を作製した。自作した牽引培養器を用いて組織を牽引培養した。牽引群と非牽引群を設定し、ヘマトキシリンエオジン染色とマッソントリクロム染色を用いた組織像、腱成熟度スコア、細胞外基質マーカーとしてtenascin C、腱細胞マーカーとしてscleraxisを免疫染色にて評価した。
牽引群では、4週では、核形態、細胞配列、細胞密度に非牽引群と比して変化は認めなかったが、8週では伸張した核を有す細胞の比率が増え、牽引方向と平行に配列する細胞の割合も増加した。牽引群では4週で青色に染まるコラーゲン線維の増生を認めたが、線維の走行は牽引方向だけでなく非牽引方向にも認め秩序性に欠けた配列であった。一方8週では組織全体の内、青色のコラーゲン線維が占める割合が増え、牽引方向と平行に秩序性をもって配列していた。腱成熟度スコアでは牽引群では4週より8週の方が有意に高く、培養期間と共にスコアの向上を認めたが、非牽引群では4週と8週で有意差はなく、牽引群8週は非牽引群8週に比してスコアが有意に高い結果となった。tenascin Cの免疫染色では両群共に４週、８週で発現を認めた。scleraxisの免疫染色では、培養4週・8週共に非牽引群より牽引群にて強い発現を認めまた。以上より牽引培養した組織は腱の非常に類似した組織となっており、足場を用いない方式で腱組織の再生が可能である事が示された。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of humeral head cartilage using magnetic resonance imaging T1 rho mapping for patients with small-to-medium rotator cuff tears: A pilot study. (2018)
  • Author(s): Okada T, Yuge H, Kamitani T, Senju T, Takeuchi N, Sagiyama K, Kozono N, Nakanishi Y, Honda H, Nakashima Y.
  • Journal Title: J Orthop Sci Volume: 14 Issue: 2 Pages: 258-262
  • DOI: 10.1016/j.jos.2018.10.002
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 2.ヒト皮膚線維芽細胞細胞構造体の牽引培養による腱板組織の再生 (2018)
  • Author(s): 中西芳応、岡田貴充、竹内直英、小薗直哉、千住隆博、中山功一、中島康晴
  • Organizer: 第45回日本肩関節学会(2018.10.19～20, 大阪)
• [Presentation] 9.3Dバイオプリンタを用いて作成した皮膚線維芽細胞細胞構造体の牽引培養による腱・靱帯組織の作成 (2018)
  • Author(s): 中西芳応、岡田貴充、竹内直英、千住隆博、中山功一、中島康晴
  • Organizer: 第135回西日本整形・災害外科学会学術集会(2018.6.2～3 福岡)