2020 Fiscal Year Annual Research Report
心臓原始形態モデルを用いた循環器システムの開発とエネルギー変換機構のモデル化
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18H01338
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
東藤 貢 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (80274538)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体力学 / 心筋細胞 / エネルギー変換 / 細胞工学 / サルコメア力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の第一の目的は、ヒトiPS細胞由来心筋細胞（以下、hiPS-CM)を用いて作製した細胞シートと、生体適合性ポリマーを用いて作製した足場構造材とを組み合わせて自律的に拍動する基本的な原始心臓モデルを開発することである。次に生体内の循環器を模擬した実験システムを構築し、細胞内で生成された化学エネルギーが心臓モデルの拍動ならびに流体循環という機械的エネルギーへと変換されるエネルギー変換機構を実験的に評価するとともに、理論モデルを用いてその詳細について理解することであった。研究期間の最終年である2020年度では、前年度に開発に成功した拍動する円筒状３次元構造体の拍動挙動について、より詳細な検討を行った。得られた研究成果は以下の通りである。
（１）円筒状に成形したゴム系材料のPDMSの表面に細胞シート工学の技術を用いて作製したhiPS-CMシートを貼り付けることで、自律的に拍動する円筒状３D構造体の作製に成功した。
（２）微小なセラミックス粒子を培地の中に分散させ、拍動により流動する培地中のセラミックス粒子の動きを顕微鏡下で撮影することで、粒子の移動距離を定量的に評価した。その結果、拍動に連動した流動を確認した。
（３）温度環境を変化することで、培養温度の増加に伴う振動周波数の増加と最大変位の減少を定量的に明らかにした。
（４）3D構造体の拍動の動画撮影を行い、撮影した連続画像に対して画像相関法を適用することでひずみの時間変化を計測した。また、カルシウムイオン変動を考慮した理論モデルを用いて拍動により生じるactive応力の時間変化を求め、ひずみの測定結果と組み合わせて応力-ひずみ関係を明らかにした。得られた結果は、hiPS-CMシートで得られたヒステリシスループを描く粘弾性的現象と類似の現象を示していた。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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