2015 Fiscal Year Annual Research Report
生体活性タンパク質微粒子を利用する３次元生体組織構築プロセスの開発
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15J06315
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
矢嶋 祐也 千葉大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | タンパク質 / バイオマテリアル / マイクロ流体デバイス / 組織工学 / 細胞培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，（１）タンパク質微粒子の合成方法の確立，および，その発展的な内容として，（２）タンパク質微粒子を用いた３次元細胞培養系の開発をそれぞれ行った。
（１）タンパク質微粒子合成法の確立
当初計画した初年度の課題は，タンパク質微粒子の形状制御および合成法を確立することであった。そのために，マイクロ流路内でタンパク質を含む微小液滴形成し，その後脱水・架橋させ，球状やディスク状の微粒子を得る手法，および，マイクロ流路内の平行層流系を利用し，繊維状の材料を得る手法について，それぞれ至適条件の探索を行った。これらの手法では，導入する溶液の各種条件を変化させることで，微粒子のサイズや形状を制御することができ，また，コラーゲンの他にも，数種類のECMタンパク質からなる微粒子を作製することが可能であった。さらに，膜乳化法を用いた大量合成手法の開発も行った。
（２）タンパク質微粒子を用いた３次元培養系の開発
さらに上述の手法で作製したタンパク質微粒子の応用として，コラーゲン微粒子を用いた3次元細胞培養系の開発も行った。具体的には，I型コラーゲン微粒子を，培養肝細胞あるいはラット初代肝細胞と混合し，培養することで，ECMを内包した3次元的な肝細胞集塊を作製した。肝細胞とコラーゲン微粒子が均一に分散した集塊が形成され，コラーゲン微粒子の存在割合によって，肝機能が変化することを明らかにしたほか，コラーゲン微粒子を細胞間のバインダーとして用いることで，シート状の複合型細胞集塊を構築する手法を開発した。この成果の一部については，国内外の学会で発表を行い，また学術論文「Lab on a Chip」に報告した。本研究で作製したタンパク質微粒子は，３次元的な細胞培養における有用な足場材料としての利用が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度の課題は，タンパク質微粒子の作製方法の開発および，その形状制御法の確立であった。マイクロ流路を利用することで，ディスク状，ファイバー状，球状など，様々な形状を有するタンパク質微粒子を作製することができ，また様々なECMタンパク質材料を用いた微粒子合成に成功したことから，初年度の課題については概ね達成できたと考えている。
加えて，本年度はタンパク質微粒子を用いた新規３次元細胞培養法を開発することができた。具体的には，コラーゲンからなる微粒子を肝細胞とともに細胞非接着性基板上で培養することで，肝細胞とコラーゲン微粒子から構成されるスフェロイドや，平面的かつ肉厚な多層組織を作製し，コラーゲン微粒子の存在によって，細胞の機能が有意に向上することを明らかにすることができた。以上の結果から，本年度は当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は，様々な形状・種類からなるタンパク質微粒子の作製に成功し，細胞とタンパク質微粒子からなる3次元組織の作製の実用可能性を示すことができた。次年度については，まず，引き続きタンパク質微粒子の作製法の確立や，形状制御方法の検討を行う。さらに細胞培養実験として，これまでに開発してきた３次元培養法（微細加工ハイドロゲルへの細胞包埋など）を応用し，これらの培養系にタンパク質微粒子を添加することで，新規３次元培養系の開発を行う。特に，添加するタンパク質微粒子の種類や形状が，作製した３次元組織の機能や形状，機械的強度などに与える影響等について，詳細な解析を行いたい。
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