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2016 Fiscal Year Annual Research Report

送液可能な血管網を備えた立体的な肝組織の構築

Research Project

Project/Area Number 16H04573
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

福田 淳二  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80431675)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 丸尾 昭二  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00314047)
渡邉 昌俊  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90273383)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords肝組織 / 血管 / 送液培養 / 平滑筋
Outline of Annual Research Achievements

再生医療の分野における最大の課題の一つは、立体的な組織、臓器を作製する技術の開発である。今のところ送液可能な血管構造を構築する技術がないため、作製できる移植用組織のサイズは酸素の拡散範囲という制限がかかり、かなり薄いものに限られている。本研究では、独自に開発した電気化学を利用した細胞脱離技術を用いて血管構造を構築する技術を確立する。電気化学細胞脱離を用いて大きめの血管様構造を構築し、そこから毛細血管ネットワークを伸長させた。ただし、並走する血管様構造の間に圧力差が生じないため、形成させた毛細血管に培養液の対流が生じることはなかった。そこで、直径の異なる血管様構造やテーパー型の血管様構造を構築し、毛細血管網へ培養液が送液されるよう工夫した。さらに、作製する大き目の血管には圧力が負荷されるが、毛細血管のみの血管構造ではこの圧力に耐えることができない。そこで、生体血管と同様に平滑筋構造を付与することを検討した。つまり、血管構造をモールディングする際にハイドロゲル内にあらかじめ平滑筋細胞を導入し、血管内皮細胞の周囲を平滑筋細胞にて覆わせるようにした。特に、ゲル内での細胞密度を高めるため、平滑筋細胞にはあらかじめスフェロイドを形成させ、高密度でハイドロゲル内に充填した。その結果、平滑筋細胞による牽引力によってハイドロゲルが収縮し、さらに細胞密度が上昇した。血管収縮作用のある薬剤を培養系に添加したところ、平滑筋の収縮が生じ、血管構造の直径が小さくなる様子も観察された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画書において平成28年度に確立すると記載した技術の確立は達成された。特に、本研究の最も重要な基礎技術である送液可能な血管網構造の構築技術は、これまでの予備実験をもと、光造形技術を用いたテーパー型ニードルを用いて構築し、その圧力勾配により毛細血管網へ液の流れが生じることを実証した。

Strategy for Future Research Activity

生体の肝小葉では、毛細血管に並走するように毛細胆管が備わっている。毛細胆管には、肝細胞が血液中から吸収した脂溶性物質を主成分とする胆汁が分泌され、これが集められて胆のうに貯蔵される。この胆汁は小腸に分泌され、脂溶性物質の消化・吸収に寄与している。肝不全に陥ると、この脂溶性物質の腸肝循環が破綻し、血液中の脂溶性物質の濃度が上昇し、全身に深刻な悪影響を及ぼす。つまり、再生医療のための肝組織として、胆管構造を備えることは非常に重要である。そこで、血管様構造を作製するのと同様に、胆管上皮細胞をニードル上に播種し、胆管様構造を形成する。肝細胞の間に微小胆管が形成され、胆汁が蓄積されることはすでに分かっていることから、この胆管様構造へ毛細胆管から胆汁が送り込まれるような条件を見出す。
一方、肝機能は500種類以上あるため、構築した肝組織が治療に有効であることを示すには、肝不全動物を用いた評価が不可欠である。予備検討において、デバイス内に血液を送液できること、ヒトiPS細胞由来肝細胞がアルブミンを分泌し、マウス内の血中から検出されることを確認している。今後、適切な肝不全モデル動物の作製と移植法を確立し、治療効果の実証に取り組む。

  • Research Products

    (19 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Flatbed epi relief-contrast cellular monitoring system for stable cell culture2017

    • Author(s)
      T. Osaki, T. Kageyama, Y. Shimazu, D. Mysnikova, S. Takahashi, S. Takimoto, J. Fukuda
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: in press Pages: n/a

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Catch-and-Release of Target Cells Using Aptamer-Conjugated Electroactive Zwitterionic Oligopeptide SAM2017

    • Author(s)
      J. Enomoto, T. Kageyama, T. Osaki, F. Bonalumi, F. Marchese, A. Gautieri, E. Bianchi, G. Dubini, C. Arrigoni, M. Moretti, and J. Fukuda
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 43375

    • DOI

      10.1038/srep43375

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] In situ cross-linkable gelatin-CMC hydrogels designed for rapid engineering of perfusable vasculatures2016

    • Author(s)
      T. Kageyama, T. Osaki, J. Enomoto, D. Myasnikova, T. Nittami, T. Hozumi, T. Ito, and J. Fukuda
    • Journal Title

      ACS Biomaterials Science & Engineering

      Volume: 2 Pages: 1059-66

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.6b00203

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Engineering thick cell sheets by electrochemical desorption of oligopeptides on membrane substrates2016

    • Author(s)
      J. Enomoto, N. Mochizuki, K. Ebisawa, T. Osaki, T. Kageyama, D. Myasnikova, T. Nittami, J. Fukuda
    • Journal Title

      Regenerative Therapy

      Volume: 3 Pages: 24-31

    • DOI

      10.1016/j.reth.2015.12.003

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Rational Design of Prevascularized Large 3D Tissue Constructs Using Computational Simulations and Biofabrication of Geometrically Controlled Microvessels2016

    • Author(s)
      C. Arrigoni, M. Bongio, G. Dubini, S. Bersini, J. Enomoto, J. Fukuda, M. Moretti
    • Journal Title

      Advanced Healthcare Materials

      Volume: 5 Pages: 1617-26

    • DOI

      10.1002/adhm.201500958

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 送液可能な血管様構造を用いた血管新生評価デバイスの開発2017

    • Author(s)
      篠原礼奈、榎本詢子、大﨑達哉、小関智光、中尾裕利、福田淳二
    • Organizer
      第16回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-07 – 2017-03-09
  • [Presentation] Surface Design for Catch-and-release of Target Cells using Electrochemical Cell Detachment2017

    • Author(s)
      Junko Enomoto, AlfonsoGautieri, Junji Fukuda
    • Organizer
      12th Annual International Electromaterials Science Symposium
    • Place of Presentation
      North Wollongong, Australia
    • Year and Date
      2017-02-08 – 2017-02-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Engineering 3D tissues using oxygen-permeable spheroid plate2016

    • Author(s)
      Kisaki Onishi, Junko Enomoto, Rena Shinohara, Dina Myasnikova, Junji Fukuda
    • Organizer
      Termis-AM 2016
    • Place of Presentation
      San diego, USA
    • Year and Date
      2016-12-11 – 2016-12-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Large-scale preparation of hair follicle germs using oxygen-permeable PDMS microarray chips.2016

    • Author(s)
      Tatsuto Kageyama and J. Fukuda
    • Organizer
      3rd International Conference on Biomaterial Science in Tokyo 2016 (ICBS2016)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-11-28 – 2016-11-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Array of perfusable three-dimensional microvasculatures on active tilting stage2016

    • Author(s)
      Rena Shinohara, Junko Enomoto, Tatsuya Osaki, Yuka Kobayashi, Tomomitsu Ozeki, Hirotoshi Nakao, Junji Fukuda
    • Organizer
      2016MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微細加工技術を用いた毛包原基大量調製容器の開発2016

    • Author(s)
      景山達斗・吉村知紗・園山由希江・清水亮啓・Yan Lei・福田 淳二
    • Organizer
      第21回日本臨床毛髪学会学術集会
    • Place of Presentation
      はまぎんホール ヴィアマーレ
    • Year and Date
      2016-11-26 – 2016-11-27
  • [Presentation] 間葉系細胞包埋ゲルビーズを用いた毛髪再生技術の開発2016

    • Author(s)
      景山達斗・福田 淳二
    • Organizer
      第54回日本人工臓器学会大会
    • Place of Presentation
      米子コンベンションセンター
    • Year and Date
      2016-11-23 – 2016-11-25
  • [Presentation] Transplantation of tailored cell sheets using micro stereolithography and electrochemical cell transfer2016

    • Author(s)
      Yuka Kobayashi, Christopher E.J. Cordonier, Fuminori Nagase, Hideo Honma, Shoji Maruo, Junji Fukuda
    • Organizer
      International Conference on Biofabrication 2016
    • Place of Presentation
      Winston-Salem, USA
    • Year and Date
      2016-10-29 – 2016-10-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸素透過性マイクロウェルアレイチップを用いた毛包原基の大量調製2016

    • Author(s)
      景山達斗、吉村知紗、片岡健、福田淳二
    • Organizer
      第67回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] アプタマー修飾オリゴペプチド層を用いた選択的な細胞のキャッチ&リリース2016

    • Author(s)
      榎本詢子、Alfonso Gautieri、福田淳二
    • Organizer
      第67回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] マイクロ光造形法と生体適合性金めっきを用いた立体細胞シートの作製2016

    • Author(s)
      小林優香、Christopher E.J. Cordonier、永瀬史憲、本間英夫、丸尾昭二、福田淳二
    • Organizer
      第67回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] 膵βスフェロイドの遠心充填による立体組織作製2016

    • Author(s)
      大西希咲、榎本詢子、福田淳二
    • Organizer
      第67回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [Presentation] 膵βスフェロイドの中空糸充填による立体組織作製2016

    • Author(s)
      大西希咲、榎本詢子、Dina Myasnikova、福田淳二
    • Organizer
      第33回化学とマイクロ・ナノシステム学会
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所
    • Year and Date
      2016-04-25 – 2016-04-26
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 培養装置及び培養方法2016

    • Inventor(s)
      小関智光、中尾裕利、福田淳二、篠原礼奈、大崎達哉
    • Industrial Property Rights Holder
      株式会社アルバック、横浜国立大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-091020
    • Filing Date
      2016-04-28

URL: 

Published: 2018-01-16  

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