2017 Fiscal Year Research-status Report
"Body-on-a-chip"の実現に資する血管網による組織統合法の開発
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16K16386
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
梨本 裕司 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80757617)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Body-on-a-chip / 血管網 / マイクロ流体デバイス / スフェロイド / 組織モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体の薬物応答を再現するBody-on-a-chipの構築に向け、各臓器を結ぶための血管網を構築する。これにより、従来の人工的な管路では実現出来なかった、血管による選択的な臓器間の物質授受、臓器の時空間的な要求に基づく、ライフライン（血管）の整備が期待できる。血管網で結ばれた臓器モデルを、一枚のチップに集積することで、生体内に類似した臓器間の相互作用が再現されるため、創薬研究や再生医療への応用を示す。
平成28年度に開発した、肺の間質組織内への血管網の構築技術（プロトコルを動画の論文へ投稿、受理された）に基づき、平成29年度では、がん組織内の血管網の構築技術を開発した。①組織モデルの培養チャネル、および、②栄養供給チャネル、③老廃物の排出チャネルの3本のチャネルから成るマイクロ流体デバイスを作製した。がん組織のモデルには、乳がん細胞株MCF-7の凝集塊スフェロイドを用いた。検討の結果、MCF-7のみから構築したスフェロイドに関しては、血管導入が困難であったが、繊維芽細胞、血管内皮細胞をMCF-7と混合したtri-cultureスフェロイドを構築したところ、良好にスフェロイドへの血管誘導が可能であり、構築された血管網を利用することで、がん組織モデルを経由する流れが確認できた。構築したがん組織のモデルを用い、生体を模倣した（A）血管を介する栄養供給による腫瘍の増殖活性の変化、（B）血管を介する抗がん剤の薬剤応答を評価中であり、間もなく学術論文として投稿予定である。前年度に続き、2種類目の組織モデルへの血管網の構築条件を確立した。今後、複数のモデルを1枚のチップ内へ統合し、相互作用が評価可能なシステムを検討していく。
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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28年度の肺の間質組織に続き、平成29年度では、癌モデルへの血管導入に成功した。組織モデルの血管化のためのベースの技術は、動画として、プロトコルを取り扱う学術雑誌からインバイトを受け、査読の後に、出版された。先行して出版したIntegrative Biology誌の論文も、雑誌のカバー、および2017年のMost downloaded articleの一つに選ばれるなど、インパクトの大きい研究成果を発信できたと言える。ごく最近、共同研究の研究チームにおいて、本技術を応用した骨髄組織モデルの血管化に成功し、学術論文としてアクセプトされた。このように、本技術は多くの組織モデルに応用展開可能であることが実証されつつある。以上のことから、申請書で示された、複数の組織モデルの血管化のための条件設定は、概ねスケジュール通りに進行していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が終了時点において、複数の組織モデル（肺の間質、腫瘍、骨髄モデル）の血管化に成功した。今後はこれらの組織モデルの統合、評価技術の開発に注力を行っていく。組織モデルの統合においては、既に複数の組織モデルを一枚のチップに集積化した試作デザインを検討中である。チップ上に構築した、組織モデルの評価手法は、光学的なアクセスの制限から、通常の光学顕微鏡の評価が難しい。そのため、例えば、走査型電気化学顕微鏡を利用した、電気化学的な組織モデルの機能評価を検討する。既に、電気化学的な測定を可能とするための、デバイスデザインの微調整にも取り組んでおり、平成30年度中に、本プロジェクトが完了できるよう、検討を進めていく。
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| Causes of Carryover |
年度途中で、研究代表者の異動が決まり、異動前後の期間で実験が中断したため、研究費に余剰が生じた。しかし、研究計画自体は、前述の通り概ね順調に経過しており、余剰となった研究費は、最終年度で行う細胞機能評価用の試薬として、有効に活用していく。
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[Presentation] Investigation for the effect of shear stress on angiogenesis using on-chip 3D vasculature2017
Author(s)
Masamune Nakayama, Yukako Teraoka, Yuji Nashimoto, Akiko Nakamasu, Sanshiro Hanada, Yuichiro Arima, Yu-suke Torisawa, Hidetoshi Kotera, Koichi Nishiyama, Takashi Miura, Ryuji Yokokawa
Organizer
2017 Biomedical Engineering Society (BMES) Annual Meeting
Int'l Joint Research
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