2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K01383
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤里 俊哉 大阪工業大学, 工学部, 教授 (60270732)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 組織工学 / 培養骨格筋 / アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、コラーゲンゲルに包埋した樹立筋芽細胞の伸張培養によって作製した三次元培養骨格筋を、工学的に応用することを目的としている。特に、これまでに得ている1,000μN弱の収縮力を有する培養骨格筋を用いたバイオアクチュエータを、実用モジュールにまで昇華させることを目的としている。このため、培養骨格筋の強力化（課題１）、伸縮運動機構の導入（課題２）、ならびに、３ヶ月間の駆動時間を目標とした体外培養機構の開発（課題３）について取り組み、そしてクリアする。
平成２８年度に引き続き、平成２９年度では、培養骨格筋の強力化について取り組んだ。特に、電気刺激を与えて培養することで、培養骨格筋の強力化を図り、さらに長時間起動の課題を探るため、電気刺激後の疲労について検討した。様々な周波数の電気刺激を持続して印加し、経時的に等尺性収縮力の測定を行うことで、収縮力の変化を検討したところ、単収縮反応は収縮力の増加傾向を示し、完全強縮反応は収縮力を減少させることが明らかとなった。また、同じ完全強縮を起こさせる電気刺激でも周波数の違いによって、収縮力の回復が可能な電気刺激と不可能な電気刺激があることが明らかとなった。また、培養骨格筋をリン酸生理食塩水に浸して電気刺激を印加することで等尺性収縮力を０％にした後、培養液に浸すことによる等尺性収縮力の回復について検討し、リン酸生理食塩水中で完全強縮を持続的に惹起することによって15分で等尺性収縮力を０％にでき、その後培養液に浸すと10分で90％まで回復することが明らかになった。さらに、培養骨格筋に長時間の単収縮反応を惹起させることによる等尺性収縮力の変化について検討し、より長期間連続して単収縮反応を起こさせることで、有意に等尺性収縮力の増加を示すことが明らかとなった。
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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
平成２９年度は、課題１と３について検討した。
昨年度に引き続いて行った温熱刺激の影響については、39℃の温熱ストレスを筋芽細胞の初期分化段階に与えると収縮力が著しく低下することから、温熱は分化に影響を与えることが示唆された。また、その後は一時的に収縮力が低下するものの、37℃の通常培養温度に戻すことで回復する事がわかった。これらを論文として公開した。
また、電気刺激の影響とその後の疲労について、詳細に検討した。電気刺激を与えてから収縮するまでの時間測定から、持続的な単収縮、完全強縮を起こす条件を求め、その継続的な刺激による収縮力への影響について検討した。その結果、継続的な単収縮では収縮力の低下は生じないが、完全恐縮では著しく低下するものの、一定条件下では刺激を除去することで回復し得ることが明らかとなった。現在、論文投稿準備中である。
以上のことから、平成２９年度の達成度は順調であると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、残りの課題３の改良ならびに最適化について引き続き検討するほか、課題２についても検討を進める。
課題３については、長時間駆動する際に問題となる疲労について、より詳細に検討すると共に、最適化を図る。
課題２については、研究協力者の筒井らと共に、これまでに作成した培養骨格筋組織を組み込んだマイクロデバイスの改良を行う。生体骨格筋でも自ら弛緩して伸びることはなく、収縮すると関節が曲がる屈筋と、収縮すると関節が伸びる伸筋とが拮抗的に働くことで、関節が曲げ伸ばしされる。したがって、培養筋２本を互い違いに駆動することで、効果的なアクチュエータ駆動を行うことができる。昨年度に引き続き、一つの培養容器内に培養骨格筋２本を組み込み、かつ各筋を個別に駆動し得る電気刺激システムを構築しつつあり、その完成を図る予定である。
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| Causes of Carryover |
（理由）
課題２について、伸縮運動機構の完成を図る予定であったが、微細加工による３Ｄ試料作製を次年度に持ち越すこととなり、そのための消耗品の購入を次年度に繰り越すこととした。
（使用計画）
課題２について、伸縮運動機構の完成を図るため、試料作製用の消耗品購入に充てる。
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