バイオプリンティング技術を用いた新規3次元皮膚モデル作製への挑戦

Research Project

Project/Area Number	23K18399
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 58:Society medicine, nursing, and related fields
Research Institution	Kanazawa University
Principal Investigator	向井加奈恵金沢大学, 保健学系, 准教授 (30755335)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山本靖彦金沢大学, 医学系, 教授 (20313637) 棟居聖一金沢大学, 医学系, 助教 (10399040)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	バイオプリンティング / 皮膚モデル / 表皮 / 真皮 / 血管
Outline of Research at the Start	医学・工学・化学を横断する学際領域である生体組織工学による皮膚代替物作製は難治性創傷に対する第三の治療として関心を集めている。中でも、3次元バイオプリンティングによる皮膚創傷治癒分野へのアプローチは国際的なホットトピックであり、バイオプリンティング技術を用いた皮膚モデルは公表されてきているが、形態的特徴等課題は多いのが現状である。従って本研究課題では、バイオプリンティング技術を活用し、表皮・真皮の形態的特徴並びに血管網を有する機能的特徴の双方を担保する新規3次元皮膚モデル構築を試みることを目的とする。本研究課題は、難治性創傷に対する効果的な局所ケア方法の新規創出を目指す取り組みの第一歩である。
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では、バイオプリンティング技術を活用し、表皮・真皮の形態的特徴並びに血管網を有する機能的特徴の双方を担保する新規3次元皮膚モデル構築を試みることを目的とする。この目的を達成するために、2023年度は下記の実験を行った。 1.　使用する細胞の選定：先行研究の知見をベースに研究組織内で検討し、primary epidermal keratinocytesとprimary dermal fibroblastsを使用することとし、業者より購入、生育条件を検討の上、継代を行った。 2.　バイオプリンターの操作手技取得：オンライン並びに現地でのトレーニングを行い、バイオプリンターの基本的操作手技を習得した。 3.　バイオインクの選定：先行研究等の知見をベースに検討し、バイオインクの候補を上げた。 4.　モデル作製のトライアル：1～3で選定した細胞やバイオインクを組み合わせ、印刷条件（モデルの形状や硬化時間）を検討するために初回トライアルを実施した。作成したモデルは細胞の生存は確認できたものの、足場である構造物の形状保持が難しい点が問題となった。そのため、バイオインクのみを使用し、印刷条件（モデルのサイズや印刷時間、硬化時間等）を検討する2回目のトライアルを実施した。モデルのサイズを変更することで、構造物の形状保持が可能であった。しかしながら、一連の手技に時間を要したため、時間経過に伴い多少ゲル化した構造物となることもあった。そこで、印刷時間を厳密に調整するためにバイオインクのみを使用した3回目のトライアルを行った。バイオインク充填からプリント終了まで10分以内に行うことにより、ゲル化せずに連続した構造物のプリントができ、これらの構造物の形状保持も可能であった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason モデル作製のトライアルで条件検討に時間を要したが、研究は予定通り順調に進んでいるため、おおむね順調に進展しているとした。
Strategy for Future Research Activity	前年度に選定した細胞、バイオインク並びに検討した印刷条件を元に3次元皮膚モデル（血管網なし）を作製し、作製したモデルの細胞生存率や形態学的評価を行う予定である。モデルの構築が上手くいかない場合等は、研究組織内での検討に加え、専門家へのコンサルテーションを行い、対応を検討する。