Development of cardiovascular tissue using bio 3D printer, stem cell technology, and elucidation of cellular dynamics in tissue

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02674
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Cardiovascular surgery
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: Morita Shigeki 佐賀大学, 医学部, 客員研究員 (70243938)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609) ; 伊藤 学 佐賀大学, 医学部, 助教 (50555084) ; 野出 孝一 佐賀大学, 医学部, 教授 (80359950) ; 古川 浩二郎 佐賀大学, 医学部, 客員研究員 (90264176) ; 五條 理志 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90316745) ; 荒井 健一 佐賀大学, 医学部, 特任助教 (40752960) ; 戸田 修二 佐賀大学, 医学部, 教授 (80188755) ; 西田 誉浩 佐賀大学, 医学部, 教授 (50284500) ; 迎 洋輔 佐賀大学, 医学部, 助教 (90746570)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 組織工学 / 幹細胞技術 / 細胞内動態 / 心血管組織 / バイオ３Dプリンタ

Outline of Final Research Achievements

We have developed a bio 3D printer that constructs a three-dimensional cell structure of any shape in a Scaffold free state. We have Succeeded in creating a large, beating three-dimensional (3D) tubular cardiomyocyte without extrinsic Scaffold using human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CM) . By maturing a tubular structure constructed with a bio 3D printer in a bioreactor, we succeeded in producing a small-diameter artificial blood vessel having a mechanical strength (burst pressure test) of 10 to 20 times or more that of human normal blood pressure. Furthermore, we succeeded in a long-term transplantation experiment into immunodeficient mini pigs to using a artificial blood vessel mainly composed of human-derived fibroblasts.

Free Research Field

心臓血管外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞を用いて形態学的特徴、力学的作用を有する移植可能な立体的組織を構築するには、一般的には生体融解性ポリマーなどの細胞のscaffold(足場材料)が必要となる。本研究ではscaffoldを使用することなく、大型化した拍動する3次元（3D）管状心筋構造体の作製に成功し、血管構造体においては大動物への長期移植実験に成功した。末期重症心不全や従来のグラフトが移植不能な末期血管不全などに応用でき多くの人類のhealth careに貢献できる可能性が見い出された。機能的な3次元的組織構築に成功した技術は新規性も高く、自己細胞由来臓器作成医療ビジネスモデル成功の可能性がある。

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