| Project/Area Number |
23K25198
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| Project/Area Number (Other) |
22H03944 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
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Principal Investigator |
清水 達也 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40318100)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 順 東京女子医科大学, 医学部, 助教 (50507366)
関根 秀一 東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (60541737)
戸部 友輔 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (00907082)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 組織工学 / 細胞シート / 膵島β細胞 / 血管網 / 温度変化 / 灌流培養 / 血管床 / 膵臓再生 / 立体組織 / 血管内皮網 / 立体的組織 |
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| Outline of Research at the Start |
万能細胞から誘導した膵島β細胞の適切な移植方法はない。効率的かつ摘出可能な移植法として、生体外で構築した立体的膵島細胞β組織の血管縫合移植を考案した。
我々は、心筋細胞シートでの立体的心筋組織構築で培った知見「生体外灌流システム」「血管床構築法」「段階的積層法」と「血管網付膵島β細胞シート」に加え、「軽度低温」を付与することを着想した。本研究は、静置培養実験で細胞死抑制と血管網構築を両立できる温度探索を、人工血管床灌流実験で細胞シート積層条件検討を、筋血管床実験で小動物へ移植し機能実証を行うことで、「生体外で機能的な立体的膵島β細胞組織が構築できる」ことを示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、『生体外血管床灌流培養』『血管網付膵島細胞シート』『段階的積層法』『軽度低温培養』を用いて機能的な立体的膵島β細胞組織の構築法を確立する。そのために、静置培養（①）、人工血管床灌流（②）、動静脈付き組織ラット移植（③）の3実験を行う。細胞はヒト脂肪間葉系幹細胞(hASC)、緑色蛍光蛋白発現臍帯静脈内皮細胞（GFPHUVEC：経時的画像追跡が可能）、発光インスリン分泌ラット膵島β細胞（iGL cell：発光インスリンにより経時的定性比較が可能）を、動物は免疫抑制ラットを使用した。 ①に関しては、昨年度までに血管内皮付膵島β細胞シート（以下：細胞シート）の作製プロトコールを確立した。R5年度は、血管内皮網の構築をさらに促進させるために、細胞シートに加圧刺激印加を試みたところ、血管網がさらに密に構築されることを確認するとともに、３種培養条件でのインスリン分泌能の向上も確認した。②に関しては、消費培地量の減少を実現し、さらなる小型化を目指した新たな人工血管床灌流システムの設計、開発に取り掛かり、試行実験で既存の灌流システムと同様の血管床作成を成功させた。③に関しては、動静脈シャント血管床（昨年度成果）へ細胞シートを移植後、灌流培養することで膵島β細胞の組織構築に成功するとともに、モデル動物へ戻し移植（血管吻合移植）することに成功した。さらに、移植した膵島様組織から血中へ発光インスリンが分泌されていることも確認している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
静置培養（①）、人工血管床灌流（②）、動静脈付き組織ラット移植（③）の3つの要素にわけて実験を進めているが、①、②、③の３つそれぞれで進捗があった。①に関しては、血管新生因子の探索を進めているが、加圧刺激による血管新生の促進という新たな切り口で目的を達成しており、学会・研究会での報告を行っている。②に関しては、培地の消費量の減少と灌流培養システムのサイズダウンを目的にシステムを再構築し、試行実験を行い既存システムと同等の血管床作製に成功した。新システムを使うことにより、効率的な生体外膵臓様組織構築が期待できる。③に関しては、生体由来動静脈シャントを用いた生体外での立体組織構築、および血管吻合による戻し移植に成功しており、予 定より順調に進んでいる。 ③の成果の一部は英文査読論文（Biofabrication 業績参照）へ投稿、掲載されている。上記の通り全体としては、おおむね順調にに進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
静置培養系では、引き続き血管新生因子の探索を進める。最終年度は血管内皮共培養細胞シートの遺伝子発現を中心に検討し、不足する血管新生因子に関して探索を進め、血管新生因子の遺伝子導入やIVT-mRNAによる一時的なタンパク発現増加も視野に進めていく予定である。 人工血管床灌流培養系では、これまでに構築した新たな人工血管床灌流システムを用いて、細胞シート積層・灌流培養による膵島様組織構築を目指す。但し、これまでの準備実験で使用した膵島β細胞が良性腫瘍由来の細胞であることから、灌流培養により膵島β細胞が単独で増殖し続けることが判明した。この課題に対処するために今後は使用する膵島β細胞を健常ラット膵臓の初代培養を用いることとした。動静脈付き膵島様組織の移植に関しては、昨年度までに生体外での組織構築・立体組織構築プロトコール確立・血管吻合移植に成功しており、おおむね本研究の目的は達成した。最終年度は、初代培養膵島β細胞による生体外膵島組織に取り掛かる予定である。 また、得られた成果は、論文報告及び学会報告の形で積極的に社会へ還元していく。
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