Regeneration of tracheal complex tissue using a scaffold which regulates distributions of cells and soluble factors

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K16910
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中村 亮介 京都大学, 医学研究科, 研究員 (40736708)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 気管 / 軟骨 / 再生 / 血管新生

Outline of Annual Research Achievements

当講座では再生誘導型の人工気管を臨床に使用してきた。この人工気管は上皮および間質の再生を誘導するものの、気管軟骨の再生は誘導できないため、気管の枠組み保持には非吸収性のプラスチックを用いてきた。軟骨成長過程の小児への使用を開始するために、軟骨組織を有する人工気管開発が求められる。動物実験では自家軟骨細胞移植により、人工気管内に軟骨組織を形成させることに成功したが軟骨細胞の定着率は悪く、軟骨細胞が他組織の再生を阻害するという副作用も見られた。軟骨細胞由来の血管新生阻害因子が一因と考えられるため、本研究では軟骨細胞由来因子の拡散防止が可能な人工気管開発を目指す。動物実験レベルで、上皮、間質、軟骨などから成る複合組織としての気管再生を達成する。
ウサギ肋軟骨細胞をコラーゲンスポンジの一部分に播種し、その周囲にヘパリンを結合させた。この3次元スキャフォールドに播種したウサギ肋軟骨細胞が生存可能であることを培養環境において確認した。
ウサギ肋軟骨細胞を埋め込んだヘパリン結合スポンジを動物の皮下に移植し、軟骨細胞の生存や血管新生を組織学的手法により評価したところ、軟骨組織に特徴的な細胞外マトリックス成分であるII型コラーゲンが免疫染色により検出され、軟骨細胞周囲には血管新生が確認された。
自家軟骨細胞を播種した高密度コラーゲンスポンジとヘパリン結合スポンジを用いて半円筒状の気管移植材を作製した。これをウサギ気管欠損へと移植した。組織学的評価により、軟骨組織が半円状に形成されており、また、移植材への血管新生も観察された。内腔側には線毛上皮が再生され、線毛運動も観察された。

Research Products

• [Journal Article] Collagen Sponge Scaffolds Containing Growth Factors for the Functional Regeneration of Tracheal Epithelium (2019)
  • Author(s): Ryosuke Nakamura, Tatsuya Katsuno, Morimasa Kitamura, Masaru Yamashita, Takuya Tsuji, Ryo Suzuki, Yo Kishimoto, Atsushi Suehiro, Ichiro Tateya, Tatsuo Nakamura, Koichi Omori
  • Journal Title: Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine Volume: 13 Pages: 835-845
  • DOI: 10.1002/term.2835
  • Peer Reviewed