2017 Fiscal Year Annual Research Report
再生内分泌組織の迅速応答を可能とする血流導入型ユニバーサル移植プラットフォーム
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16H02419
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 康行 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00235128)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國土 典宏 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 理事長 (00205361)
太田 誠一 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40723284)
宮島 篤 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (50135232)
伊藤 大知 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (50447421)
稲垣 冬樹 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 外科医師 (70529015)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 医用化学工学 / 再生医療 / 内分泌 / ハイドロゲル / 移植 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では血流導入可能な内分泌再生組織のユニバーサルな移植プラットフォームの開発が最終的な目標である．まずヒトiPS細胞からの膵島細胞の分化誘導については，直径326マイクロメータの酸素透過マイクロウェルに未分化iPS細胞を播種，すでに確立している４ステップの分化誘導プロトコールにて静置培養した．第四ステップの分化誘導時間を長く取ることで，グルコース刺激時のインスリン分泌能を，初代培養で報告されている値の1/5程度にまで高めることができた．以上の分化誘導は，緩やかな旋回培養においても可能であった．また，グルコース刺激インスリン分泌を示す貴重なマウス細胞株MIN6 m9については，物質交換性向上のためのマクロ流路を持つ多孔質担体へ単一細胞状態で播種し，増殖と機能獲得を試みた．初期の付着には，担体は親水化処理後にラミニンやファイブロネクチンでの被覆が必須であることを確かめたが，その後の三次元的増殖はあまり見られなかった．この点については，マイクロウェル等を用いて予め小さな凝集体に組織化した後に担体の播種することを試みている．一方で，デバイスの開発も進んだ．デイバスに搭載するゲルとしてゼラチンメタクリレート（GelMA）とヒドロキシメチルメタクレート（HEMA）の共重合ハイドロゲルを開発し，細胞封入ゲルとして利用することが可能であることを実証するとともに，ゲルを搭載するシリコーン製の移植デバイスのプロトタイプを作製した．移植デバイスにex vivoで血液灌流を行うとともに，デバイスをラット鼠径部あるいは腹腔に移植し，血管吻合を試みた．短時間ではあるが血流導入に成功した．以上のように各要素技術の検討が順調に進展した．
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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
本研究でiPS細胞からの内分泌組織再生は重要な鍵である．iPS細胞からの分化誘導が困難であった甲状腺細胞と比較して，膵島細胞への分化は比較的順調に進んだ．特にやや大きめの未分化凝集体から出発することで，マイクロウェル静置培養でも緩やかな浮遊懸濁培養でも安定的な分化誘導が可能となったことは，研究後半での動物実験への大きな足がかりとなる．
さらに得られた内分泌組織を移植するデバイスの開発も進んだ．デイバスに搭載するゲルとしてゼラチンメタクリレート（GelMA）とヒドロキシメチルメタクレート（HEMA）の共重合ハイドロゲルを開発し，光架橋可能かつ培地中で膨潤することがない細胞封入が可能なハイドロゲルの開発に成功した．膨潤を制御することは，デバイスの流路形状を保持する上で重要であり，安定的なゲルデバイスを構築する上で重要である．さらにGFP蛍光タグ化インスリンを放出するMin6m9細胞株の細胞封入に成功した．封入した細胞は高濃度グルコース濃度下で蛍光を発していることから，細胞生存率は100%に近い．さらにPDMSベースのポット材料を用いて、血管と接合可能なシリコンチューブと細胞封入ゲルを注入するスペースを併せ持つ，血流導入可能な細胞移植デバイスの作製を行った，ヘパリン加ブタ血液をex vivoで灌流することによって，血栓形成までの時間を評価した．
さらにラット鼠径部あるいはラット腹腔に作製したデバイスを設置し，静脈と吻合することでin vivoの血流導入の初期試験を行った．マイクロサージェリーに加えて，チューブを血管内に差し込み，外側から結紮する手法の検討も行った．吻合方法は，血栓形成を左右する要因であり，引き続き検討を行っていく．
以上のように各要素技術の検討が進み，来年度以降，組織再生・封入材料・移植デバイス・外科的移植手法を組み合わせて，プトロタイプの検討を行う準備が整いつつある．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では血流導入可能な内分泌再生組織のユニバーサルな移植プラットフォームの開発が最終的な目標である．甲状腺細胞の分化誘導が難しいことから，膵島β細胞及び膵島組織に集中することで研究の加速を図る．今後，パターン化ハイドロゲル中に固定化可能なように予め膵島様の凝集塊への組織化をしたヒトiPS由来ベータ細胞およびインスリン分泌株細胞を調整する．
昨年度得られたGelMAとHEMAの共重合架橋ゲル中での，膵島細胞のグルコース応答性やインスリン放出挙動は明らかでない．細胞レベルでの基礎的な検討を行う．さらに現在流路作製法として，モールドを利用しているが，モールド法の限界は，複数流路を一つの流路に分岐あるいは合流させることが極めて難しいことにある．モールドレスの加工を検討するために，同ゲルをバイオインクとして用いて，3Dプリンターを用いた流路形成ゲルの作製を検討する．また一つの材料に全ての機能を付与することは難しいために，異なったゲルをアセンブルする手法を検討する．すなわち血栓形成を予防するために，新たにヘパリン徐放部をデバイス内に設置することを検討する．ゲルを安定的に移植するためのシリコーンデバイスは，血栓形成が懸念される吻合部やチューブとデイバスの接合部を中心に，引き続きの改良を実施する．
以上の検討を基に，今年度は細胞を搭載したデバイスの開発と移植に着手することを目標とする．
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