2016 Fiscal Year Annual Research Report
微粒子化マトリックスを基盤とする立体的生体組織の再構築プロセス
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16H04571
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
山田 真澄 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30546784)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関 実 千葉大学, 大学院工学研究科, 教授 (80206622)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 生体組織工学 / 肝細胞 / 微粒子 / マイクロ流体デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に当たる平成28年度は，主にECM微粒子の効率的合成法の確立と，細胞の3次元培養系への適用を行った。まずECMタンパク質として，コラーゲンおよびマトリゲルからなる粒子の作製を試みたところ，膜乳化法によって濃縮型ECM粒子，バルクでの乳化法によって繊維化コラーゲン粒子の作製にそれぞれ成功した。また一方で，マイクロ流体デバイス技術を利用することで，ECMタンパク質からなる繊維状の材料を作製する手法の検討を行った。具体的には，流路内に形成される並行層流を利用することで，直径数μmの繊維状ECM材料を作製する手法を開発した。さらに，タンパク質の架橋方法についても検討したところ，これまでに報告したグルタルアルデヒド以外にも，ゲニピンなどによっても粒子の安定化が可能であった。また特に，膜乳化法を利用した場合に，比較的均一性の高い粒子を10の8乗個のオーダーで作製できることを明らかにしたほか，粒子サイズの精密な制御が可能であることを示した。また，マイクロ流路を用いた粒子形成において，粒子形態の制御も行った。
次に，得られた粒子の応用として，3次元細胞培養系への応用を行った。細胞としては，肝細胞株であるHepG2細胞，線維芽細胞，および血管内皮細胞であるHUVECを主として用い，粒子と混合して3次元培養系を作製した。粒子と細胞を混合して厚みのある組織を形成し，ECM粒子の形状・組成・添加量が，組織の形態および細胞機能に与える影響を評価したところ，粒子を導入した場合に，細胞の生存率・増殖が促進することが確認された。さらに，肝細胞を用いた場合に，粒子の種類が細胞機能に与える影響を評価したところ，粒子の種類によって細胞機能の発現が変化することが示唆された。さらに，細胞を組織化するために，潅流培養を可能とするマイクロチャンバーの設計と作製を行い，その内部における流れの観察を行った。
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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
ECM成分からなる微粒子の合成手法について，異なる材料からなる粒子の大量作製法の確立を行うことができ，また化学的架橋方法の異なる粒子や，微小ファイバーの作製方法についても，有用な手法を開発することができた。さらに，特に肝細胞株を用いた3次元組織作製において，粒子のサイズや架橋の種類が細胞機能に与える影響を評価することができ，ECM微粒子を用いた3次元組織構築，という新しいプロセスの基盤技術の確立を行うことができた。以上の結果から、本年度は概ね当初の計画通り研究を遂行することができたものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
特に肝細胞をターゲットとして研究を進めてきたが，今後は，（１）初代肝細胞を用いた3次元組織構築における細胞機能解析，（２）血管網を内包する組織の構築，（３）潅流培養における部位得的細胞機能の再現，の3点を目指した展開を行いたいと考えている。（１）については，本研究者の研究環境において細胞取得用設備を整備中であり，なるべく早急に実験を実施できる体制を整え，特に創薬などにおいて重要な初代細胞を利用した検討を行う予定としている。（２）については，血管内皮細胞を導入した3次元組織構築を行い，実際に導管として機能する組織を作製可能かどうか検証したい。（３）については，初年度に設計・作製を行った潅流用チャンバーを利用することで，生体を高度に模倣した細胞培養環境の実現を目指す。以上の検討によって，微粒子状マトリックスを駆使する3次元生体組織工学、という新しい手法の有用性と汎用性を実証したい。
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