Fabrication of 3-D cellular constructs using gel transfer methods

• Project/Area Number: 17H02095
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
• Research Institution: Kyushu University (2018-2019); Tohoku University (2017)
• Principal Investigator: Anada Takahisa 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (30398466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 治 東北大学, 歯学研究科, 教授 (60374948)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2017: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 細胞・組織工学材料 / 細胞培養デバイス

Outline of Final Research Achievements

Three dimensional cellular constructs which are formed in vitro are called as 3D organoids or miniature organs. Construction of 3D organoids is one of the most important issue in tissue engineering. In this study, we have developed a novel 3D organoid culture system based on an oxygen permeable cell culture device. Three dimensional vascular-like structures were formed by use of different types of spheroids embedded in hydrogels. We found that the reconstruction techniques for the active and vascularized cellular constructs improve cell-cell interactions between osteoblasts and endothelial cells and are effective on the differentiation of cells.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スフェロイド培養法は、その直径が大きくなると内部の酸素が不足し、壊死を起こすため臨床応用への大きな障害となっている。組織体内部壊死を抑制する技術は、移植を目的とするin vitro組織再構築を達成するために必須であり、ニーズが高い。代表者らは、従来のスフェロイド培養法の課題を解決し、壊死を抑制することができる細胞培養デバイスを開発した。また、組織構築には血管網作製が必須であり、生体外で血管網を予め形成させておくことで生体内で直ちに機能する組織体構築が可能となる。本手法は、血管網を有する構造体を生体外で作製することで厚みのある三次元組織体を得ることができ、再生医療分野に与える波及効果は大きい。

Research Products

• [Journal Article] Chemical stability-sensitive osteoconductive performance of octacalcium phosphate bone substitute in an ovariectomized rat tibia defect. (2020)
  • Author(s): K Baba, Y Shiwaku, R Hamai, Y Mori, T Anada, K Tsuchiya, I Oizumi, N Miyatake, E Itoi, O Suzuki.
  • Journal Title: ACS Appl Bio Mater Volume: 3 Issue: 3 Pages: 1444-1458
  • DOI: 10.1021/acsabm.9b01091
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vascularized Bone-Mimetic Hydrogel Constructs by 3D Bioprinting to Promote Osteogenesis and Angiogenesis (2019)
  • Author(s): Anada Takahisa、Pan Chi-Chun、Stahl Alexander、Mori Satomi、Fukuda Junji、Suzuki Osamu、Yang Yunzhi
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Issue: 5 Pages: 1096-1096
  • DOI: 10.3390/ijms20051096
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Culture of hybrid spheroids composed of calcium phosphate materials and mesenchymal stem cells on an oxygen-permeable culture device to predict in vivo bone forming capability (2019)
  • Author(s): Sato Tomoya、Anada Takahisa、Hamai Ryo、Shiwaku Yukari、Tsuchiya Kaori、Sakai Susumu、Baba Kazuyoshi、Sasaki Keiichi、Suzuki Osamu
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 88 Pages: 477-490
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2019.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angiogenesis involvement by octacalcium phosphate-gelatin composite-driven bone regeneration in rat calvaria critical-sized defect (2019)
  • Author(s): Kurobane Tsuyoshi、Shiwaku Yukari、Anada Takahisa、Hamai Ryo、Tsuchiya Kaori、Baba Kazuyoshi、Iikubo Masahiro、Takahashi Tetsu、Suzuki Osamu
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 88 Pages: 514-526
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2019.02.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Capacity of octacalcium phosphate to promote osteoblastic differentiation toward osteocytes in vitro. (2018)
  • Author(s): Sai Y, Shiwaku Y, Anada T, Tsuchiya K, Takahashi T, Suzuki O.
  • Journal Title: Acta Biomater. Volume: 69 Pages: 362-371
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2018.01.026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osteogenic cellular activity around onlaid octacalcium phosphate-gelatin composite onto rat calvaria. (2018)
  • Author(s): Iwama R, Anada T, Shiwaku Y, Tsuchiya K, Takahashi T, Suzuki O.
  • Journal Title: J Biomed Mater Res A. Volume: 106 Issue: 5 Pages: 1322-1333
  • DOI: 10.1002/jbm.a.36335
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 骨再生のための三次元細胞培養デバイス及び生体適合性高分子の開発 (2020)
  • Author(s): 穴田貴久、門柚里、田中賢
  • Organizer: ダイナミック・アライアンス 生命機能 物質・デバイスシステム2019 G3分科会
• [Presentation] 高分子基材細胞培養デバイスの三次元組織体形成における有用性 (2020)
  • Author(s): 穴田貴久
  • Organizer: 高分子学会九州支部フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 活きの良い細胞組織体を作製可能な三次元培養デバイスの開発 (2020)
  • Author(s): 穴田貴久
  • Organizer: 第19回再生医療学会総会
• [Presentation] 血管と骨形成を促進するハイドロゲル構造体の作製 (2018)
  • Author(s): 穴田貴久，鈴木治，Yunzhi Yang
  • Organizer: 第40回バイオマテリアル学会大会
• [Presentation] 再生医療応用のための三次元細胞培養デバイスの開発 (2018)
  • Author(s): 穴田貴久
  • Organizer: 第8回日本バイオマテリアル学会九州ブロック講演会
  • Invited
• [Presentation] ソフトマテリアル三次元細胞培養機材の開発と細胞分化制御 (2018)
  • Author(s): 穴田貴久
  • Organizer: 先端化学・材料技術部会 新素材分科会/ライフサイエンス技術部会 材料分科会 共催 講演会
  • Invited
• [Presentation] Mechanism of dissolution, hydrolysis and re-precipitation in OCP scaffold (2017)
  • Author(s): Osamu Suzuki, Takahisa Anada, Yukari Shiwaku
  • Organizer: European Materials Research Society 2017 Spring Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラット脛骨骨欠損部へ埋入した リン酸オクタカルシウムの初期組織反応及び細胞遊走性の評価 (2017)
  • Author(s): 穴田貴久，平山聞一，塩飽由香利，宮武尚央，土屋香織，中村雅典，高橋哲，鈴木 治
  • Organizer: 第37回日本骨形態計測学会
• [Book] Novel scaffold composites containing octacalcium phosphate. In Chapter 6, Octacalcium Phosphate Biomaterials (2019)
  • Author(s): R Hamai, T Anada, O Suzuki
  • Total Pages: 374
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 9780081025123
• [Book] 歯科再生医学 第三章-6「3次元オルガノイド形成」 (2019)
  • Author(s): 穴田貴久, 鈴木 治
  • Total Pages: 321
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
  • ISBN: 9784263458389
• [Remarks] 九州大学先導物質化学研究所ソフトマテリアル学際化学分野
  • URL: http://www.soft-material.jp/
• [Remarks] 東北大学大学院歯学研究科 顎口腔機能創建学分野
  • URL: http://www.cfe.dent.tohoku.ac.jp/
• [Remarks] 東北大学大学院歯学研究科顎口腔機能創建学分野
  • URL: http://www.cfe.dent.tohoku.ac.jp/