Development of next-generation cellular artificial blood vessels for coronary artery bypass surgery using bio-3D printer
| Project/Area Number |
23K27682
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| Project/Area Number (Other) |
23H02991 (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 (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
伊藤 学 佐賀大学, 医学部附属病院, 講師 (50555084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 大紀 佐賀大学, 医学部, 助教 (00772683)
中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609)
蒲原 啓司 佐賀大学, 医学部, 教授 (70555086)
野出 孝一 佐賀大学, 医学部, 教授 (80359950)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2026: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | 組織工学 / バイオ３Dプリンタ / 細胞製人工血管 / 冠動脈バイパス / 小口径人工血管 |
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| Outline of Research at the Start |
合成樹脂など異物人工材料を用いた現行の小口径人工血管は、生体適合性、抗血栓性、抗感染性、長期開存性などの面で解決すべき課題が多く 残されており、虚血性心疾患に対する冠動脈バイパス術に臨床応用できる小口径人工血管は未だ存在しない。接着性細胞が元来もつ自己凝集能 力によって形成される細胞凝集塊（スフェロイド）を立体的に構築するバイオ3Dプリンタを用いた細胞製人工血管の研究、臨床開発に取り組んできた。本研究ではバイオ３Dプリンタを用いてより高機能かつ冠動脈バイパス術に最適な次世代型細胞製人工血管を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現行の小口径人工血管は合成樹脂などの異物人工材料を使用しており、生体適合性、抗血栓性、抗感染性、長期開存性などの課題が未解決である。そのため、虚血性心疾患に対する冠動脈バイパス術においては、適用可能な人工血管が未だ存在しない。一方で、冠動脈バイパスに用いられる内胸動脈は、生体への移植後に適度な柔軟性を維持しながら自己組織（冠動脈）と一体化し、収縮・弛緩作用や血液凝固、炎症の調整による抗血栓性など、生体血管に本来備わっている生理的機能を長期間維持できる理想的なグラフトである。
我々は、細胞のみを用いて任意の立体構造体を構築するバイオ3Dプリンタ技術を使用して、血管再生の研究および開発を進めてきた。このバイオ3Dプリンタ技術の基盤となる自己細胞凝集現象（スフェロイド形成）とスフェロイド同士の融合にPI3K/AKTカスケードが関与することを発見し、当該年度においてはPI3K/AKT経路の活性剤の一つであるTGFベータを含むFBSを細胞製人工血管の成熟段階で調整することで、力学的強度がより向上する現象を確認した。この成果は、開発・改良中のバイオリアクターを用いた組織成熟工程の最適化に繋がる知見であり、細胞製人工血管の強度調整や作製期間の調整に貢献するものと考える。
また、研究計画に基づき、当該年度には薬理学的血管組織反応性評価を目的として、ヒト臨床でのバイパス術に最適なサイズのグラフトをマウント可能なティシューバスシステムを研究室に導入した。ミニブタから採取した大伏在静脈に薬剤（フェニレフリンやアセチルコリンなど）を添加することで、平滑筋細胞と内皮細胞の相互作用による収縮・弛緩反応を確認した。今後は病理組織学的評価、力学的評価、分子生物学的評価に加えて、本システムを用いた薬理学的血管組織反応性評価を試みることで移植前後の細胞製人工血管や内胸動脈などの生体血管との比較検証へと発展させたい。
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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
計画どうり薬理学的血管組織反応性評価を目的として、ティシューバスシステム（卓上型温度コントロール機能付）を研究室に導入した。また本研究の基盤となるバイオリアクターを用いた組織成熟工程の最適化、冠動脈バイパス用細胞製人工血管の強度調整に繋がる知見も得られており、おおむね順調に経過していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き冠動脈バイパスへの応用を目指した細胞製人工血管の構築法・組織成熟方法の検討を行い、ブタを用いた大動物実験に向けた準備を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
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[Journal Article] 人工血管 ―TEVGの臨床開発―2023
Author(s)
伊藤 学、蒲原 啓司、野出 孝一、中山 功一
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Journal Title
Jinko Zoki
Volume: 52
Issue: 3
Pages: 161-166
DOI
ISSN
0300-0818, 1883-6097
Year and Date
2023-12-15
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Open Access
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