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3D culture platform for organoid morphogenesis with three-dimensional control of cell distribution and large scale imaging using a cube device

Research Project

Project/Area Number 21K18061
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionOsaka University (2022)
Institute of Physical and Chemical Research (2021)

Principal Investigator

Takano Atsushi  大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい研究員 (30883657)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords培養環境制御 / 3次元培養システム / 3Dバイオプリンティング / キューブ培養器 / 細胞初期配置 / オルガノイド / 形態形成メカニズム / 初期配置制御
Outline of Research at the Start

これまで,生体外で3次元的につくられた臓器(オルガノイド)の培養においては,ミリメートルサイズのイメージングとゲル内での制御性を同時に満たす実験系が限られ,この分野の発展を阻害していた.そこで本研究ではキューブ培養器内に細胞とハイドロゲルを3次元空間配置する制御系とそのキューブ培養器を多面撮影して3次元培養像を取得する計測系を構築する.制御により均一な条件での培養が可能になるため再現性が高く,一方で細胞の配置変更による摂動が容易となるとともに,多面観察によりオルガノイドの3次元画像を高精細に得られるため,オルガノイドの形態形成メカニズムを解明する新しい手法として期待できる.

Outline of Final Research Achievements

We have developed a 3D culture platform that enables both 3D cell distribution control and 3D imaging of organoids in hydrogel, which is used to create mini-organs (organoids) that mimic cellular tissues or organs in vivo. Three-dimensional control of cell localization in hydrogel filled in a cube device, which has the ability to image cellular tissue with high resolution, improves the accuracy of cellular initial positioning. Using the developed culture system, three-dimensional cellular tissues were cultured from the cells controlled to be placed in the cube device, and three-dimensional imaging of the cellular tissues was also achieved. These results confirm that the developed culture system can contribute to the elucidation of the morphogenesis mechanism of organoids because it can analyze the arrangement conditions of cells and hydrogel as well as cellular behavior.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題では,3Dバイオプリンティング技術とキューブ培養器を使用した計測技術を融合させることで,3次元培養空間に対して設計自由度が高い形状に細胞を配置制御できるだけでなく,培養した細胞組織の計測も実施できる培養系の構築を達成した.これにより,適切な培養系が不足してこれまで着手困難であった,ハイドロゲル中の細胞挙動の計測,解析によるオルガノイド形態形成メカニズムの解明に取り組むことが可能になる.今後,形態形成メカニズムが解明され,細胞とハイドロゲルをどう配置するかのいわばオルガノイドの設計論に応用展開できれば,将来的に本物のようなオルガノイドを人工的に設計して作製する方法の創出が期待できる.

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] 3D Culture Platform for Enabling Large-Scale Imaging and Control of Cell Distribution into Complex Shapes by Combining 3D Printing with a Cube Device2022

    • Author(s)
      Atsushi Takano, Isabel Koh, Masaya Hagiwara
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 13 Issue: 2 Pages: 156-156

    • DOI

      10.3390/mi13020156

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 3次元細胞配置制御によるオルガノイド形状の制御・計測プラットフォームの構築2022

    • Author(s)
      髙野 温,コウ イザベル,萩原 将也
    • Organizer
      日本再生医療学会第2回科学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 三次元任意形状に細胞初期配置制御する手法の構築2021

    • Author(s)
      高野 温,萩原 将也
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第43回研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] オルガノイド形成制御のための3次元細胞配置制御プラットフォームの構築2021

    • Author(s)
      高野 温,コウ イザベル,萩原 将也
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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