2018 Fiscal Year Annual Research Report
Egg-in-Cubeプラットホーム：3次元血管誘導と力学刺激応答試験への応用
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18H01395
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
川原 知洋 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (20575162)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 有紀 九州大学, 医学研究院, 准教授 (90508186)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体シミュレータ / ニワトリ胚 / 血管誘導 / 力学刺激応答計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該申請者は，ニワトリの初期胚を用いて安価・簡易・高効率に薬剤試験や病態シミュレーションに利用できる生体プラットホーム(Egg-in-Cube)の開発を推進している．本研究課題では，これまで確立してきた2次元的な血管網の誘導技術を3次元に発展させるとともに，従来技術では実現が困難であった血管網の局所的な力学刺激応答試験に応用することを目的としている．本年度は以下のような研究を行なった．
3次元的に血管を部分誘導する技術の確立：血管誘導を行うための流路（チャネル）の作製プロセスを改良し，血管誘導の成功率を60%程度（従来比2倍以上）まで向上させることに成功した．また，チューブ内（円筒形状）に誘導した血管は像の屈折により観察が難しいという問題に対応するために，寸法精度と観察性の高い四角形状のPDMSチューブの作製方法についても検討し，直径1 mmで長さ100 mm以上の長さのものが作製できるようになった．
タイムラプス観察システムの開発：従来は1つの胚に対して1方向から撮影に限定されていたが、ロボットシステムと組み合わせることで新たに10つの胚に対して5面からの撮影を行うことができる観察システムを開発した．また，実際に1週間以上に渡って5分間隔で連続的な観察を行い，胚が成長を停止する様子等の詳細な観測ができるようになった．
血管誘導メカニズムの解明：血管が誘導される際，流路の容積や形状がどのように影響しているかをより詳細に調査するために，人工殻の実験モデルを作成した．またこれに対して，圧力センサやカメラを取り付けて外部からシリンジポンプで精密に陰圧をかけた際の流路自体の変形や圧力変化について確認を行った．結果として，PDMS膜とチューブの接続部分の形状が血管の誘導成功率に大きく影響しているという知見が得られた．
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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
３次元的な血管誘導の成功率が大きく向上しただけでなく，誘導のメカニズムについても重要なパラメータが明らかになってきた．今後も，各種センサを用いた定量的かつ精密な計測を基盤として，生物と人工物を組み合わせたシステムの解析を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元血管誘導について：寸法精度と観察性の高い四角形状のPDMSチャネルを作成できるようになったため，これを取り付けた人工殻を用いて血管誘導した際のニワトリ胚成長への影響をより詳細に調査する．さらに，チャネルの中にどのように血管や血球が侵入するかという点について，開発したタイムラプス観察システムによって数日間に渡って調査を行い，通常の血管形成との差異を明らかにする．
血管誘導のメカニズム解明について：実験モデルを用いた解析をさらに進めるともに，解析モデル（数理モデル）の作成についても着手し実験では条件変更や計測が難しいパラメータ（例えば酸素濃度勾配の変化等）の影響について調査する．最終的には，血管誘導に寄与する重要なパラメータを明らかにし，誘導長の制御性や誘導率をさらに向上させるための方法論を見出す．
誘導した血管の力学刺激と評価について：実際に3次元的に部分誘導した血管のみに刺激を加えた際の生体応答を調査する．誘導した血管を含むチャネルをアクチュエータによって操作し，血管や血球の刺激応答計測が行えるようにする．また，その際の細胞個々の動態をより詳細に観察するために発光タンパク質を生成するトランスジェニックニワトリ胚やウズラ胚を導入することについても検討を行う．
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