Fablication of three-dimensional tube structure with multilayer by applying active cell control using microbubbles and acoustic radiation force
| Project/Area Number |
20H04547
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
|---|
Principal Investigator |
桝田 晃司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60283420)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 義孝 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 周産期病態研究部, 研究員 (20425705)
鈴木 亮 帝京大学, 薬学部, 教授 (90384784)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
|
|---|
| Keywords | 音響放射力 / 微小気泡 / 血管内皮細胞 / 時空間分割照射 / 人工血管 / 超音波 / 細胞凝集体 / 管腔構造体 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
細胞の3次元構築法はその発展が著しいが、血管や腸管に応用可能な管腔構造体の形成が困難、という技術的限界がある。そこで応募者は、音響放射力による微小物体の動態制御技術を応用し、細胞の周囲に微小気泡が数多く取り付いた凝集体を用いて、多層構造を有する3次元管腔構造体を構成する基盤技術を創生する。まず、音波透過性に優れた材料で作成した「雌型」となる流路を作成する。凝集体は細胞のみの場合に比べて、音響放射力による制御性が向上することを利用し、様々な凝集体の懸濁液の注入と、凝集体の捕捉、微小気泡の破壊といった役割の音波照射を空間的・時間的に連携させ、流路内壁に沿って各細胞を層状に堆積させる。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度までは、微小気泡に包含された凝集体に含まれる細胞が、音響放射力によって流路内壁に捕捉され、さらに音波のパラメータによって捕捉される細胞分布を調整できることを確認した。2022年度はその技術を応用し、流路内の血管内皮細胞を捕捉したその状態で（in situ）培養し、人工血管を作製するための超音波捕捉条件、および細胞の培養条件について検討した。
本研究ではウシ由来の頚動脈正常血管内皮細胞を用いた。実験では細胞に特異的に接着するcRGD抗体を修飾した微小気泡を導入し、先行研究と同様に細胞表面に結合させ、凝集体を形成した。幅2 mm、深さ1 mmの流路の内壁にcollagen filmの基底膜を塗布し、脱気水で満たされた水槽中の水面に設置した。128素子の2次元アレイトランスデューサを水槽底部に固定し、流路内に超音波の焦点を形成して、流路壁面に凝集体を捕捉した。60秒間音波を照射し、捕捉した後に流れを止め、細胞の捕捉面積を算出した。その後捕捉された細胞を培養し、培養後の細胞総面積を算出した。
照射超音波は、中心周波数3 MHz、最大音圧400 kPa-pp、Duty比60 %のバースト波である。様々な音場分布について検討した結果、単焦点では捕捉可能な細胞数を局所的に高められる一方、培養開始後24時間後から72時間後に有意のある増殖は見られなかった。一方、時空間分割照射によって焦点数を変化させたところ、3焦点にした場合、72時間までの培養時間経過において有意のある増殖傾向が確認された。一連の結果より、超音波により捕捉した細胞数だけでなく、細胞の分布が広範囲でかつ低密度である方が、培養に適していることが確認された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目標であった、音響放射力による捕捉から培養までの一連の基本的なプロトコルを確立することができた。基底膜の材質、実験条件の最適化など細かい問題点は残っているが、これらは一つずつ解決してく見通しが立っている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、最初に培養した細胞層から重ねる形で、多層構造の形成にチャレンジする。流路内に流れを形成した場合、すでに培養が進んでいる細胞層にせん断応力を与え、接着状態を阻害する可能性があり、目的を達するために必要な実験条件について検証する必要がある。さらに、細胞周辺に残存する微小気泡が、照射された超音波によってキャビテーションを起こし、細胞の存在状態に影響を及ぼすことが知られているため、特に管腔内の凝集体懸濁液に接した細胞層について、様々な実験条件に対する細胞ダメージについて定量的に検証する。
|
Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
