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Enhancement of mechanical properties of stem cell-based self-assembled tissue as a novel medical material for ligament and tendon

Research Project

Project/Area Number 25870723
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Orthopaedic surgery
Research InstitutionSeikei University (2015)
Tokai University (2013-2014)

Principal Investigator

OYA KEI  成蹊大学, 理工学部, 助教 (50549962)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords幹細胞自己生成組織 / 間葉系幹細胞 / 腱・靭帯 / ナノ周期構造 / フェムト秒レーザ加工 / 動的ひずみ負荷培養 / 静的荷重負荷培養 / 高強度化 / 配向制御 / コラーゲンシート / 静的圧縮荷重下培養 / 動的圧縮荷重下培養 / 一方向磁場刺激 / 複合化 / レーザ加工 / 磁場刺激 / 動的ひずみ負荷 / 超短パルスレーザー加工 / 積層化と複合化
Outline of Final Research Achievements

A stem cell-based self-assembled tissue (scSAT) biosynthesized using synovium-derived mesenchymal stem cells is expected as a novel medical material for ligament and tendon. However, it is necessary to improve the mechanical properties of the scSAT for clinical application. In this study, the scSAT was synthesized on a nanoperiodic structured substrate patterned via a femtosecond laser processing. In addition, dynamic strain and static loading were loaded on the MSCs and their extracellular matrix (ECM) during scSAT synthesis. It was demonstrated that all techniques improved the mechanical properties of the scSAT. The tissue orientation of the scSAT was controlled by the special culturing on a nanoperiodic substrate and loading of dynamic strain. On the other hand, the thickness of the scSAT was thickened by static loading. From these results, it is considered that tissue orientation and enhancement of ECM synthesis contribute to the improvement of mechanical properties of the scSAT.

Report

(4 results)
  • 2015 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2014 Research-status Report
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2016 2015 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Stem Cell-Based Self-Assembled Tissues Cultured on a Nano-Periodic-Structured Surface Patterned Using Femtosecond Laser Processing2016

    • Author(s)
      Fujie, H., Oya, K., Tani, Y., Suzuki, K., Nakamura, N.
    • Journal Title

      International Journal of Automation Technology

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 55-61

    • DOI

      10.20965/ijat.2016.p0055

    • NAID

      130007673849

    • ISSN
      1881-7629, 1883-8022
    • Year and Date
      2016-01-05
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 動的ひずみ環境下培養による幹細胞自己生成組織の高強度化2016

    • Author(s)
      柳田 航,藤江裕道,大家 渓,中楯浩康,小泉宏太,中村憲正
    • Journal Title

      臨床バイオメカニクス

      Volume: in press

    • NAID

      40020963660

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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] ナノ周期構造上で作製した幹細胞自己生成組織(scSAT)の引張特性2014

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Journal Title

      臨床バイオメカニクス

      Volume: 35 Pages: 406-411

    • NAID

      40020256967

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  • [Journal Article] 組織再生材料 (TEC) /コラーゲンシート複合体の引張特性2014

    • Author(s)
      池谷基志,大家 渓,鈴木大輔,小倉孝之,小山洋一,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Journal Title

      臨床バイオメカニクス

      Volume: 35 Pages: 401-405

    • NAID

      40020256949

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      Masashi Yamazaki, Kei Oya, Takayuki Ogura, Yoichi Koyama, Kota Koizumi, Norimasa Nakamura, and Hiromichi Fujie
    • Organizer
      10th World Biomaterials Congress (WBC2016)
    • Place of Presentation
      Palais des congres de Montreal, Montreal, Quebec, Canada
    • Year and Date
      2016-05-21
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    • Author(s)
      山崎雅史,大家 渓,小泉宏太,中村憲正,藤江裕道
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      日本機会学会 関東支部第22期総会・講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-11
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  • [Presentation] Cyclic Strain Improves The Mechanical Property And Structure Of Stem Cell-based Self-assembled Tissues2016

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      Wataru Yanagita, Kei Oya, Hiromichi Nakadate, Kota Koizumi, Norimasa Nakamura, Hiromichi Fujie
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      Orthopaedic Research Society (ORS) 2016 Annual meeting
    • Place of Presentation
      Disney's Coronado Spring Resort, Orlando, Florida, USA
    • Year and Date
      2016-03-05
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  • [Presentation] ハルバッハ配列磁場環境下での間葉系幹細胞の培養2016

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      秋葉泰徳,大家 渓,小泉宏太,中村憲正,藤江裕道
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      日本機械学会 第28回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-01-10
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的ひずみ付与による幹細胞自己生成組織の高強度化2016

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      柳田 航,大家 渓,中楯 浩康,小泉宏太,中村憲正,藤江裕道
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      日本機械学会 第28回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-01-10
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  • [Presentation] 低弾性率基板上で培養した間葉系幹細胞の形態学的特性2016

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      高橋史弥,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本機械学会 第28回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-01-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的ひずみ環境下培養による幹細胞自己生成組織の高強度化2015

    • Author(s)
      柳田 航,大家 渓,中楯 浩康,小泉宏太,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      第42回 日本臨床バイオメカニクス学会
    • Place of Presentation
      ソラシティ カンファレンスセンター(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2015-11-14
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的ひずみ環境下における幹細胞自己生成組織の作製2015

    • Author(s)
      柳田 航,大家 渓,中楯 浩康,小泉宏太,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本機械学会 第26回バイオフロンティア講演会
    • Place of Presentation
      九州大学 伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-10-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 滑膜細胞由来組織再生材料/コラーゲンシート複合体の高強度化2015

    • Author(s)
      池谷 基志,鈴木 大輔,大家 渓,小倉 孝之,小山 洋一,杉田 憲彦,中村 憲正,藤江
    • Organizer
      日本機械学会 第27回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-01-09
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] ナノ周期構造上で培養・生成した幹細胞自己生成組織 (scSAT) の力学特性2014

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,杉田 憲彦,中村 憲正,藤江 裕道
    • Organizer
      第41回日本臨床バイオメカニクス学会
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂(奈良県奈良市)
    • Year and Date
      2014-11-21
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] 組織再生材料 (TEC) のコラーゲンシートとの複合による高強度化2014

    • Author(s)
      池谷 基志,大家 渓,鈴木 大輔,小倉 孝之,小山 洋一,杉田 憲彦,中村 憲正,藤江 裕道
    • Organizer
      第41回日本臨床バイオメカニクス学会
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂(奈良県奈良市)
    • Year and Date
      2014-11-21
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] ハルバッハ配列を用いた磁気流れ刺激による細胞配向制御2014

    • Author(s)
      大家 渓,秋葉泰徳,岩森 暁,藤江裕道
    • Organizer
      第55回 真空に関する連合講演会
    • Place of Presentation
      I-siteなんば,大阪府立大学(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2014-11-18
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] Mechanical and structural properties of stem cell-based tissue engineered constructs (TEC) cultured with collagen sheets2014

    • Author(s)
      Motoshi Ikeya, Daisuke Suzuki, Kei Oya, Takayuki Ogura, Yoichi Koyama, Norihiko Sugita, Norimasa Nakamura, and Hiromichi Fujie
    • Organizer
      3rd International Scientific Tendinopathy Symposium (ISTS 2014)
    • Place of Presentation
      Oxford, UK
    • Year and Date
      2014-09-05
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] Tensile property of stem cell-based self-assembled tissues (scSAT) cultured on a nanoperiodic structured titanium surface2014

    • Author(s)
      Yuki Tani, Kei Oya, Norihiko Sugita, Norimasa Nakamura, and Hiromichi Fujie
    • Organizer
      7th World Congress of Biomechanics (WCB 2014)
    • Place of Presentation
      Boston, Massachusetts, USA
    • Year and Date
      2014-07-06
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      2014 Research-status Report
  • [Presentation] チタン表面に形成したナノ周期構造の表面特性とその上での幹細胞自己生成組織の作製2014

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本材料科学会 第5回 医用・生体材料分科会
    • Place of Presentation
      工学院大学 新宿キャンパス(東京都新宿区)
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 組織再生材料/コラーゲンシート複合体の培養日数が引張特性に与える影響2014

    • Author(s)
      池谷基志,大家 渓,鈴木大輔,小倉孝之,小山洋一,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本材料科学会 第5回 医用・生体材料分科会
    • Place of Presentation
      工学院大学 新宿キャンパス(東京都新宿区)
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] ナノ・マイクロ加工表面における幹細胞培養と基質生成2013

    • Author(s)
      大家 渓,谷 優樹,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本機械学会 機械材料・材料加工部門 第21回機械材料・材料加工技術講演会 (M&P2013)
    • Place of Presentation
      首都大学東京 南大沢キャンパス(東京都八王子市)
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] フェムト秒レーザ加工によるナノ周期構造の創成と間葉系幹細胞接着特性2013

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江 裕道
    • Organizer
      日本機械学会 機械材料・材料加工部門 第21回機械材料・材料加工技術講演会 (M&P2013)
    • Place of Presentation
      首都大学東京 南大沢キャンパス(東京都八王子市)
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] チタンの表面改質による生体材料への応用2013

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      大家 渓
    • Organizer
      日本材料科学会 第20回材料科学若手研究者討論会
    • Place of Presentation
      日本ウェザリングテストセンター宮古島試験場(沖縄県宮古島市)
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ナノ周期構造の形状の違いが間葉系幹細胞の接着特性におよぼす影響2013

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本材料科学会 平成25年度学術講演大会
    • Place of Presentation
      工学院大学 新宿キャンパス(東京都新宿区)
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 多層化した幹細胞自己生成組織の力学特性,2013

    • Author(s)
      池谷基志,大家 渓,杉田憲彦,中村憲正,藤江裕道
    • Organizer
      日本材料科学会 平成25年度学術講演大会
    • Place of Presentation
      工学院大学 新宿キャンパス(東京都新宿区)
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] フェムト秒レーザによりチタン表面に形成したナノ周期構造の軟組織適合性2013

    • Author(s)
      谷 優樹,大家 渓,鈴木健司,藤江裕道
    • Organizer
      日本材料科学会 平成25年度学術講演大会
    • Place of Presentation
      工学院大学 新宿キャンパス(東京都新宿区)
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      2013 Research-status Report

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Published: 2014-07-25   Modified: 2023-03-16  

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