組織工学的手法を用いた未分化組織(胎仔肝臓)からの臓器機能再生

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680823
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 三好 浩稔 筑波大学, 基礎医学系, 講師 (70292547)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鎮西 敬子(大川 敬子) 筑波大学, 基礎医学系, 講師 (30251052) ; 大島 宣雄 筑波大学, 基礎医学系, 教授 (50015971)
• Keywords: 肝細胞 / 人工肝臓 / tissue engineering / 骨髄 / 胎児 / oncostatin M / 3次元培養 / 造血

Research Abstract

胎児期の肝臓は肝機能に加えて造血機能も併せ持っており、成体の肝臓や骨髄と比較して増殖能の高い未分化な細胞が高頻度に存在している。そこで本研究では、組織工学的手法を用いて胎仔肝臓細胞の3次元培養を行い、培養系において細胞を分化・増殖させて治療への展開を図ることを最終的な目標とした。
培養には、まずマウス胎仔肝臓細胞を用い、3次元培養用担体には立方体状のpolyvinyl formal(PVF)樹脂多孔質体を使用した。約1ヶ月間の長期3次元培養を行った結果、3次元培養においては通常の単層培養と比較して、細胞数、肝特異的機能(アルブミン分泌能)ともにはるかに良好に維持された。さらに、培地中にサイトカインの一種であるoncostatin M(OSM)を添加することにより、アルブミン分泌能は急激に増加して1ヶ月以上安定に維持されたことから、OSMは肝細胞の強力な刺激因子であることがわかった。
次に、バイオ人工肝臓への応用を目的として、充填層型リアクターを用いてマウス、およびブタ胎仔肝細胞の灌流培養実験を行った。その結果、胎仔肝臓細胞は成熟肝細胞と比べて流れによる影響を極めて受けやすく、高い灌流速度では細胞数や活性は急激に減少することがわかった。しかし、ブタの胎仔肝臓細胞は比較的安定に培養できたことから、ブタ胎仔肝細胞を用いたバイオ人工肝臓を開発できると考えられた。
造血機能については、PVF樹脂を用いたマウス骨髄細胞の3次元培養を行った。その結果、1)単層培養よりも3次元培養の方が細胞の増殖は良好であり、未分化な細胞の頻度が高いこと、2)サイトカインなどを添加することにより細胞の増殖速度は大幅に改善されること、3)低酸素条件下においてストローマ細胞と共培養することで、サイトカインを添加しなくても造血前駆細胞は長期にわたって増殖すること、などがわかった。

Research Products

• [Publications] 柳健一, Thein Tun, 三好浩稔, 谷口英樹, 高田泰次, 深尾立, 大島宣雄: "バイオ人工肝臓への応用を目的とする充填層型リアクタの開発 : リアクタの性能改善とスケールアップ"肝臓. 41(3). 226-227 (2000)
• [Publications] Miyoshi H., Ehashi T., Ema H., Hsu HC., Nakauchi H., Ohshima N.: "Long-term culture of fetal liver cells using three-dimensional porous polymer substrate"ASAIO J. 46(4). 397-402 (2000)
• [Publications] Tun T., Miyoshi H., Ema H., Nakauchi H., Ohshima N.: "New type of matrix support for bone marrow cell culture : in vitro culture and in vivo transplantation experiments"ASAIO J. 46(5). 522-526 (2000)
• [Publications] 三好浩稔, 大島宣雄: "人工肝臓 : この一年の進歩"人工臓器. 29(5). 602-604 (2000)
• [Publications] Yang TH., Miyoshi H., Ohshima N.: "Novel cell immobilization method utilizing centrifugal force to achieve high-density hepatocyte culture in porous scaffold"J Biomed Mater Res. 55(3). 379-386 (2001)
• [Publications] Miyoshi H., Ehashi T., Ohshima N.: "Long-term three-dimensional culture of fetal liver cells to achieve prolonged metabolic functions"Tissue Engineering for Therapeutic Use. 6(in press).
• [Publications] Tun T., Miyoshi H., Aung T., et al.: "Effect of growth factors on ex vivo bone marrow cell expansion using three-dimensional matrix support"Artif Organs. (in press).
• [Publications] Aung T., Miyoshi H., Tun T., Ohshima N.: "Chondroinduction of mouse mesenchymal stem cells in three-dimensional highly porous matrix scaffolds"J Biomed Mater Res. (in press).