| Project/Area Number |
17H03150
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Materials/Mechanics of materials
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
NAKAMACHI EIJI 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (60099893)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 浩司 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (70536565)
森田 有亮 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80368141)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | 三次元バイオリクタ / 神経軸索伸展促進 / 神経ネットワーク形成 / 力学刺激 / 電磁場刺激 / 圧電効果 / コラーゲン足場 / 神経再生 / バイオリアクター / 再生医学 / 三次元培養 / 神経再生培養装置 / 擬似神経細胞 / コンピュータシミュレーション / 圧電材料 / 再生用足場 / 神経細胞 / 再生用バイオリアクタ / 生体適合材料 / 再生用デバイス / 神経細胞PC12 / 神経軸索伸展 / 培養用足場 / マイクロ・ナノデバイス / 電子デバイス・機器 / 脳・神経 |
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| Outline of Final Research Achievements |
We developed 3D bioreactors for enhancement of axonal outgrowth and nerve network regeneration using stimulations of DC electric field (DCEF), AC magnetic field (ACMF), cyclic tensile strain field (Stretch) and piezoelectric induced electric-strain hybrid field (Piezo: MSO and PVDF sheets). First, 3D bioreactors were designed using finite element analyses and fabricated for uniform stimuli. Next, we measured axonal outgrowths of PC12 cells and cerebral cortex (Primary) cells using the multi photon excitation fluorescence microscope and evaluated stimulation effects on axonal outgrowths of PC12 and primary cells. We found maximum enhancement effects of four stimulation conditions using the response surface method, such as 43 mV/mm and 6.2 h/day for DCEF, 4.20 micro T, and 50 Hz for ACMF, 2.3%, 1 Hz and 0.17(million times) for Stretch, and 0.1% and 0.76 mV/mm for Piezo.We found the optimal conditions for achieving the enhancement of axonal outgrowth and quick nerve network generation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在，iPS細胞などを用いた神経再生用バイオリアクタの開発が強く望まれている．脳灰白質や海馬などの中枢神経ネットワーク再生用バイオリアクタの開発においては，再生用細胞，細胞活性用薬剤，足場材料，細胞周辺環境が主要課題となる．申請者らは，過去9年間の科研費補助による力学・電磁場負荷刺激に関する研究の結果から，足場材料・構造および細胞周辺環境が軸索伸展速度を飛躍的に増大させることができると結論付けた．そこで，交流電圧による繰返し磁場刺激および圧電薄膜設置と繰り返しひずみ負荷による力学・電界刺激の重合による神経細胞活性が可能な三次元力学・電磁場刺激バイオリアクタの開発は社会的意義が大きいと考えた．
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