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Investigation of Decellularized Tissue Functions to Obtain Guidelines for Designing Destination Use Devices

Research Project

Project/Area Number 21H04954
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research InstitutionInstitute of Science Tokyo (2025)
Tokyo Medical and Dental University (2021-2024)

Principal Investigator

岸田 晶夫  東京科学大学, 総合研究院, プロジェクト教授 (60224929)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木村 剛  東洋大学, 生命科学部, 教授 (10393216)
橋本 良秀  国立医薬品食品衛生研究所, 医療機器部, 室長 (40638384)
中村 奈緒子  芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (70754878)
小林 真子  東北大学, 工学研究科, 助教 (70908912)
佐々木 善浩  京都大学, 工学研究科, 教授 (90314541)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Keywords組織工学 / 脱細胞化組織 / 再生医療 / 細胞外小胞 / 免疫反応 / 細胞外マトリックス / マトリックス結合型ベシクル / 埋込型医療デバイス / 細胞外小胞体
Outline of Research at the Start

脱細胞化組織(ECM)は人間の寿命が尽きるまで埋植可能(Destination Use: DU)なデバイスを構成するDUバイオマテリアルのモデルと考えられる。脱細胞化組織の構造的因子および液性因子に着目し、血液適合性、抗炎症性、組織再構築能の評価からDUバイオマテリアルの設計指針を獲得する。構造的因子は種々の脱細胞化法で作製されたECMの生体機能の比較により検討する。液性因子は、サイトカイン類およびECM結合型細胞外小胞体に着目して生理機能を解析する。構造因子と液性因子の連動・相関に注目し、それらの因子を繊維化コラーゲン組織上に実装して生体機能を確認し、DUバイオマテリアルの概念を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

人間の寿命が尽きるまで埋植可能(Destination Use: DU)が可能なバイオマテリアルの開発を目的として、脱細胞化組織を基盤として細胞外マトリックスの構造因子および液性因子の双方について生体機能の解明を行う。本年度はマトリックス結合型ベシクル(MBV)の検討、化学修飾脱細胞化心膜の炎症部位移植、免疫原性を統一的に理解するための遺伝子組み換え単球の網羅的研究、およびMBVとの比較のためのヒアルロン酸ナノゲル集積ゲルの調製と機能解析を行った。
筋組織からのMBV分離を試みた。採取は可能であったが採取量は非常に低かった。組織ごとにMBV含有量が異なることが明らかになった。脱細胞化組織を損傷部位に移植すると早期に周辺組織と一体化するが、癒着を引き起こす。癒着を防止するために脱細胞化組織表面を多分岐ポリエチレングリコールで被覆したところ、癒着を防ぎつつ表面に中飛細胞層を形成することが明らかとなり、超長期の生体内残存の可能性が示唆された。マクロファージ様細胞をゲノム編集してM1分化時に蛍光を発するように組み換えた細胞の分化過程を詳細に検討し、炎症性評価についての統一的知見を得るための条件を探索した。マクロファージに分化およびM1,M2様に分極させる際の培養時間依存性などについて一定の知見を得た。さらに脱細胞化生体組織の初期炎症抑制に用いることを考えて、ヒアルロン酸をナノゲル化し、さらに集積させたゲルを調製した。脱細胞化組織修飾について方法論を検討中である。
人工材料への実装のため、脱細胞化組織の特性を維持したままでゲル化あるいはコーティング素材とする技術について検討した。脱細胞化筋組織からのゲル調製を試み、高強度のゲルを得るためには、コラーゲンの含有量を高める脱細胞化および組織融解のプロセスが必要であり、それらを決定することで安定に筋組織由来ハイドロゲルを調製することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

脱細胞化組織からのMBVの抽出について条件の最適化を引き続き進めており、種々の組織からの抽出量、粒度分布について再現性がほぼ得られつつある。MBV内部にmiRNAが存在することの確認ができた。生体内での長期安定性を獲得するために、初期炎症による軟組織の無秩序な増成を避ける必要がある。このために多分岐ポリエチレングリコールを脱細胞化組織に複合させたところ、期待通りの成果が得られた。さらに長期の安定性について検討を進める。M1分極については人工材料および脱細胞化組織の系統的な評価により、脱細胞化組織の低炎症性を明らかにすることができた。免疫細胞の分化プロセスについても知見が得られ、生物学的安全性評価のひとつとしての応用が期待される。新たな研究指針を獲得できた。ゲル化能については、検討項目の増加および種々のプロセスの再確認を行ったところ、脱細胞化組織中のコラーゲン含有量がゲル化に影響していることが分かった。筋組織中にはコラーゲン量が少ないため、ゲル化能を高めるためにコラーゲン以外のタンパク質を分離したところ、高いゲル化能を実現できた。脱細胞化組織を生体に埋植する際には出血・組織破壊は避けられない。それを起点とする炎症をステロイド等の薬物で抑制すると創傷治癒・再生が阻害される。それを避けるためにヒアルロン酸(HA)の応用を考案した。HAはそのままでは生体内滞留性が低いので、集合体を形成する機能を付与した。次年度以降に脱細胞化組織との複合化を検討する。

Strategy for Future Research Activity

MBVの生物活性については、各種臓器・組織からの回収について量的な側面と生物学的な側面を重点的に調査する。特に創傷治癒能に優れた小腸や膀胱に再度焦点を当てて、ナノゲル粒子などとの比較によって、サイズの効果と生物学的な効果を同時に比較する手法を検討する。また炎症細胞の活性化抑制機能について、MBV以外の要素である組織構造について引き続き遺伝子組み換え単球を用いた検討を行う。マクロファージに分化後の動的な反応について顕微鏡による動態観察とM1,M2の活性との関係を探る。京都大学との協業を進め、エクソソーム、MBVと人工ナノ粒子間の同異性について確認を進める。MBV上に表出されているタンパク質の解析を行い、MBVの本質的理解を進める。また、動物実験による埋植試験により、中長期の低炎症性と周辺組織(特に癒着反応)の関連について検討する。脱細胞化組織のゲル化のための調製プロセスが確定したので、高強度ゲルの特性を調べる。コーティング対象の人工材料については、エレクトロスピニング法または3Dプリント法の適用の可否について脱細胞化組織ゲルを用いて検討を行う。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 9 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Effect of multi arm-PEG-NHS (polyethylene glycol n-hydroxysuccinimide) branching on cell adhesion to modified decellularized bovine and porcine pericardium2024

    • Author(s)
      Sreypich Say, Mika Suzuki, Yoshihide Hashimoto, Tsuyoshi Kimura, Akio Kishida
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry B

      Volume: 12 Issue: 5 Pages: 1244-1256

    • DOI

      10.1039/d3tb01661g

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of Polymeric Materials on Activation of THP-1 Cell-derived Macrophages during Differentiation Induced by PMA2024

    • Author(s)
      TODA Shota、HASHIMOTO Yoshihide、NAKAMURA Naoko、YAMADA Masahiro、NAKAOKA Ryusuke、NOMURA Wataru、YAMAMOTO Masaya、KIMURA Tsuyoshi、KISHIDA Akio
    • Journal Title

      Advanced Biomedical Engineering

      Volume: 13 Issue: 0 Pages: 1-10

    • DOI

      10.14326/abe.13.1

    • ISSN
      2187-5219
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preparation of Cholesterol-Modified Hyaluronic Acid Nanogel-Based Hydrogel and the Inflammatory Evaluation Using Macrophage-like Cells2023

    • Author(s)
      Kohie Yabuuchi, Mika Suzuki, Chen Liang, Yoshihide Hashimoto, Tsuyoshi Kimura, Kazunari Akiyoshi, Akio Kishida
    • Journal Title

      Gells

      Volume: 9 Issue: 11 Pages: 866-866

    • DOI

      10.3390/gels9110866

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In Vitro Tissue Reconstruction Using Decellularized Pericardium Cultured with Cells for Ligament Regeneration2022

    • Author(s)
      Suzuki Mika、Kimura Tsuyoshi、Yoshida Yukina、Kobayashi Mako、Hashimoto Yoshihide、Takahashi Hironobu、Shimizu Tatsuya、Anzai Shota、Nakamura Naoko、Kishida Akio
    • Journal Title

      Polymers

      Volume: 14 Issue: 12 Pages: 2351-2351

    • DOI

      10.3390/polym14122351

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Extraction and Biological Evaluation of Matrix-Bound Nanovesicles (MBVs) from High-Hydrostatic Pressure-Decellularized Tissues2022

    • Author(s)
      Kobayashi Mako、Ishida Naoki、Hashimoto Yoshihide、Negishi Jun、Saga Hideki、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari、Kimura Tsuyoshi、Kishida Akio
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 16 Pages: 8868-8868

    • DOI

      10.3390/ijms23168868

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preparation of mineralized pericardium by alternative soaking for soft?hard interregional tissue application2022

    • Author(s)
      Suzuki Mika、Kimura Tsuyoshi、Nakano Yuta、Kobayashi Mako、Okada Masahiro、Matsumoto Takuya、Nakamura Naoko、Hashimoto Yoshihide、Kishida Akio
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Materials Research Part A

      Volume: 111 Issue: 2 Pages: 198-208

    • DOI

      10.1002/jbm.a.37445

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of the Factor That Leads Human Mesenchymal Stem Cell Lines into Decellularized Bone2022

    • Author(s)
      Koyanagi Anri、Onishi Iichiroh、Muraoka Karin、Sato Ikue、Sato Shingo、Kimura Tsuyoshi、Kishida Akio、Yamamoto Kouhei、Kitagawa Masanobu、Kurata Morito
    • Journal Title

      Bioengineering

      Volume: 9 Issue: 10 Pages: 490-490

    • DOI

      10.3390/bioengineering9100490

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A novel approach for the endothelialization of xenogeneic decellularized vascular tissues by human cells utilizing surface modification and dynamic culture2022

    • Author(s)
      Ho Wen-Jin、Kobayashi Mako、Murata Kozue、Hashimoto Yoshihide、Izumi Kenji、Kimura Tsuyoshi、Kanemitsu Hideo、Yamazaki Kazuhiro、Ikeda Tadashi、Minatoya Kenji、Kishida Akio、Masumoto Hidetoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 22294-22294

    • DOI

      10.1038/s41598-022-26792-w

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of a tendon-like tissue from human iPS cells2022

    • Author(s)
      Tsutsumi Hiroki、Kurimoto Ryota、Nakamichi Ryo、Chiba Tomoki、Matsushima Takahide、Fujii Yuta、Sanada Risa、Kato Tomomi、Shishido Kana、Sakamaki Yuriko、Kimura Tsuyoshi、Kishida Akio、Asahara Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Tissue Engineering

      Volume: 13 Pages: 204173142210740-204173142210740

    • DOI

      10.1177/20417314221074018

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マクロファージ分極を指標と した種々の脱細胞化組織の生体受容性評価.2024

    • Author(s)
      木村剛, 萩原萌子, 石垣瑠梨, 橋本良秀, 小林真子, 野村 渉, 山本雅哉, 岸田晶夫.
    • Organizer
      第22回日 本再生医療学会総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Decellularized biological tissues as new biomaterials.2023

    • Author(s)
      Akio Kishida
    • Organizer
      The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of artificial organs using decellularized tissue.2023

    • Author(s)
      Akio Kishida
    • Organizer
      7th APSAO 2023 Congress
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 異なる脱細胞 化で調製したdECM のハイドロゲル形成能と骨格筋 幹細胞適合性の評価.2023

    • Author(s)
      秋澤拓弥, 橋本良秀, 木村剛, 岸田晶夫.
    • Organizer
      第61回日本人工臓器学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 硬-軟境界組織応用を目指し た石灰化dECM 膜のin vivo 骨親和性評価2023

    • Author(s)
      鈴木美加, 木村剛, 岡田正弘, 松本卓也, 山田将博, 江草 宏, 中村奈緒子, 岸田晶夫.
    • Organizer
      第45回日 本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 脱細胞化組織研究に期待する未来2022

    • Author(s)
      岸田晶夫
    • Organizer
      第21回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 脱細胞化角膜実質足場における角膜上皮・内皮細胞の挙動.2022

    • Author(s)
      橋本良秀, 大橋慶子, 萩原萌子, 木村剛,小林尚俊,岸田晶夫.
    • Organizer
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 歯根膜応用を目指した骨親和性を有するdECM膜の調製2022

    • Author(s)
      鈴木美加,木村剛,橋本良秀,岡田正弘,松本卓也,高橋宏信,清水達也,山田将博,江草宏,中村奈緒子,岸田晶夫.
    • Organizer
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脱細胞化腎臓全体への再細胞化を目指した細胞送達法の検討.2022

    • Author(s)
      溝口真司, 木村剛, 橋本良秀, 中村奈緒子, 岸田晶夫.
    • Organizer
      第60回日本人工臓器学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脱細胞化骨格筋ハイドロゲルの作製と骨格筋サテライト細胞挙動評価.2022

    • Author(s)
      秋澤拓弥, 橋本良秀, 木村剛, 岸田晶夫
    • Organizer
      第60回日本人工臓器学会大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高静水圧法により作製した脱細胞化組織由来マトリクス結合型ナノベシクル(MBVs)の神経再生への機能評価2022

    • Author(s)
      小林真子, 石田直樹, 橋本良秀, 根岸淳, 嵯峨秀樹, 佐々木善浩, 秋吉一成, 木村剛, 岸田晶夫.
    • Organizer
      第9回日本細胞外小胞学会学術集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 舌上皮再構築のための脱細胞化舌の調製および舌上皮細胞の接着性評価.2022

    • Author(s)
      中村奈緒子, 後藤雄也, 木村剛, 岸田晶夫
    • Organizer
      第61回日本生体医工学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The effects of matrix-bound nanovesicles (MBVs) derived from high-hydrostatic pressure decellularized tissues on neural regeneration2022

    • Author(s)
      Mako Kobayashi, Naoki Ishida, Yoshihide Hashimoto, Jun Negishi, Hideki Saga, Takehiro Iwanaga, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi, Tsuyoshi Kimura, Akio Kishida.
    • Organizer
      TERMIS-AP
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A novel approach for pre-implant endothelialization of xenogeneic decellularized vascular tissues by human endothelial cells utilizing tissue surface modification and dynamic culture2022

    • Author(s)
      Wen-Jin Ho, Hidetoshi Masumoto, Mako Kobayashi, Kozue Murata, Tadashi Ikeda, Yoshihide Hashimoto, Tsuyoshi Kimura, Kenji Minatoya, Akio Kishida
    • Organizer
      American Heart Association
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-06-20  

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