2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K12500
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
船本 健一 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (70451630)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 流体工学 / ナノバイオ / マイクロ流体デバイス / 胎盤 / 低酸素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
考案した「ヒト胎盤チップ」を用いて、ヒト胎盤の微小環境の構造と機能を模擬する方法を検討した。ヒト胎盤チップは、ヒト胎盤の層構造を再現する流路パターンを有し、母体血液と胎児血液中の酸素濃度の差を模擬した酸素濃度勾配を生成できる。ヒト胎盤内の絨毛間腔（母体血貯留）を模擬するメディア流路（細胞培養液の流路）と胎児血管を模擬するメディア流路の間に挟まれて、生体外マトリクスを模擬する3本のゲル流路①，②，③が並ぶように配置されている。メディア流路の鉛直上方には、チップ内の酸素濃度を制御するために、混合ガスを供給するガス流路が配置されている。細胞実験には、細胞性栄養膜細胞のモデルとしてヒト絨毛がん細胞（JEG-3）を選定し、血管内皮細胞としてヒト正常臍帯静脈血管内皮細胞（HUVEC）を用いた。各メディア流路にそれぞれ細胞性栄養膜と血管内皮細胞の単層を形成するため、常酸素条件下で最適な実験条件と手順（細胞培養液の種類と交換のタイミング、細胞播種時の細胞密度，ゲルの密度とpH，流路のコーティング，細胞培養日数）について検討した。母体側のゲル流路①と胎児側のゲル流路③にコラーゲンゲルを注入し、中央のゲル流路②は空洞の状態のままにし、母体側のメディア流路にヒト絨毛がん細胞を、胎児側のメディア流路に血管内皮細胞をそれぞれ播種して培養した。この際、播種した細胞が流路内腔上に接着したタイミングで細胞培養液を交換することが各細胞層の形成にとって非常に重要であることがわかった。本方法により、同一チップ内で異なる細胞を相互作用のない状態で単一培養することができ、中央のゲル流路②にコラーゲンゲルを後から注入することで、細胞間の相互作用が開始するタイミングを制御することが可能になった。また、メディア流路に蛍光デキストランを注入し、そのゲル内への拡散を解析して細胞層の物質透過性を定量評価する方法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度までにヒト胎盤の構造と機能を模擬するためのヒト胎盤チップを考案し、細胞性栄養膜細胞（ヒト絨毛がん細胞）と血管内皮細胞（ヒト正常臍帯静脈血管内皮細胞）を実際に共培養できた。しかし、チップ内部の酸素濃度を制御することで低酸素環境を生成し、細胞間の相互作用を観察するという今年度の当初の目標のすべてを達成するまでには至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討結果に基づいて、ヒト胎盤チップ内で細胞性栄養膜細胞（ヒト絨毛がん細胞）と血管内皮細胞（ヒト正常臍帯静脈血管内皮細胞）を共培養し、酸素濃度の制御下において各細胞の挙動と、それらの細胞間の相互作用を調べる。特に、細胞性栄養膜細胞同士が融合する合胞体性栄養膜の形成と血管内皮細胞による血管新生の胎盤形成過程に対して酸素濃度が与える影響を明らかにする。ここでは、ヒト胎盤チップ内で細胞性栄養膜細胞と血管内皮細胞を播種して培養し、左右のガス流路に酸素濃度の異なるガスを供給することで母体側と胎児側の酸素濃度の差異を模擬した酸素濃度勾配を生成し、時系列の細胞観察を行う。また、妊娠期の代表的な疾患として妊娠高血圧症に着目し、疾患が胎盤機能に与える影響を評価する。妊娠高血圧症を発症すると絨毛間腔に供給される血流が減少し、酸素濃度の低下や胎児への栄養供給が不十分になることが知られている。そこで、チップ内の酸素濃度を全体的に下げるとともに、母体側のメディア流路に供給する細胞培養液に含まれる生化学物質の調整を行うことで、低酸素・低栄養状態を生成して細胞の共培養を行う。合胞体性栄養膜および細胞性栄養膜、血管内皮細胞層内の細胞挙動を顕微鏡により観察するとともに、各層の物質透過性を評価し、妊娠高血圧症による胎盤機能の変化を解明する。
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