緻密な三次元血管化組織の戦略的構築に関する研究

Research Project

Project/Area Number	23K11808
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research Institution	Gunma Paz University
Principal Investigator	花田三四郎群馬パース大学, 医療技術学部, 准教授 (40516811)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	灌流システム / 三次元培養 / 血管化 / 肝細胞 / オンチップデバイス
Outline of Research at the Start	三次元器官の生体外(ex vivo)再構成には血管形成が必須である。本研究では、段階的な組織血管化戦略に基づいて、大型臓器（肝臓）構築の「種」となる血管化組織の生体外再構築を目指す。第一に、血管構成細胞を含む三次元肝細胞凝集体を形成し、血管内腔を有する肝組織を構築する。第二に、生体の「流れ」が肝組織の形態形成に寄与する知見をもとに、灌流デバイス上で生体を模した「流れ」を再現し、血管内腔を有する肝組織に付与することで、より緻密な血管化組織形成を試みる。とくに、動静脈の血管特異性や血流由来要因に焦点を当て、その生理的条件を制御することで、組織成熟化と連動した血管化肝組織の構築を実現する。
Outline of Annual Research Achievements	三次元器官の生体外(ex vivo)再構成には血管形成が必須である。本研究では、段階的な組織血管化戦略に基づいて、大型臓器（肝臓）構築の「種」となる血管化組織の生体外再構築を目指す。第一に、血管構成細胞を含む三次元肝細胞凝集体を形成し、血管内腔を有する肝組織を構築の構築を試みる（段階１）。第二に、灌流デバイス上で生体を模した「流れ」を血管内腔を有する肝組織に付与することで、より緻密な血管化組織形成を試みる（段階２）。 2023年度は、(段階１)について、ヒト肝細胞の選定に先立って、モデル肝細胞株を用いて、低接着培養プレートやハイドロゲル法を用いて、安定した細胞凝集体の形成法を確立している。また、ヒト血管内皮細胞及び線維芽細胞を用いたヘテロ細胞凝集体において、安定したスフェアの形成を確認している。今後は、ヒト肝細胞をソースとして実施するので、細胞の選定について複数の候補を絞っている。（段階２）については、予備的検討として、ヒト臍帯静脈内皮細胞を用いた三次元血管の形成と、すでに開発している静水圧を用いた簡便な灌流培養系を用いて、血管内皮細胞を含む血管構成細胞を用いた三次元血管網に培養液による「流れ」を付与したところ、「流れ」の付与により血管形態が有意に変化し、基底膜成分などの発現上昇が確認され、血管形態の安定化に寄与している可能性をを見いだした。また、本実験における灌流デバイスの改良について、デザインの見直しや三次元造形技術を用いた作成法の検討を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 灌流システム等の技術は、再現性高く実施可能となり、「流れ」の評価、血管形態評価についてすすんでいる。デバイスの作製について、三次元造形技術を用いた作成の検討及び協力研究体制も構築している。血管化三次元組織構築については、モデル細胞株を用いて評価を進めている。
Strategy for Future Research Activity	肝細胞の選定について、候補が絞られたので、次年度以降（段階１）について目標に沿って実施していく。（段階２）にすすむにあたって、動静脈などの血管構成細胞の組み合わせなどを検討するため、条件検討を行う。また、血管形態などを軸に三次元血管網の灌流による生理学的応答について検討していく。