2018 Fiscal Year Annual Research Report
Tracheal regeneration using an in-body-tissue-engineered collagenous tube: A novel tracheal scaffold
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18H02869
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
奥山 宏臣 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (30252670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋渡 勝平 大阪大学, 医学部附属病院, 医員 (10789259)
中山 泰秀 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (50250262)
高間 勇一 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (50467560)
岩井 良輔 岡山理科大学, 付置研究所, 講師 (60611481)
梅田 聡 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (60715176)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 気管再生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（目的）生体内組織形成術は、2重円筒状構造を持つ基材を4-8週間皮下に埋め込むことで、その間隙にコラーゲンを主体とした管状組織体（Biotube、以下BT)とシート状組織体（Biosheet、以下BS）を作成する技術である。BT、BSを用いて食道形成ならびに気管置換術を行い、生体内組織形成術による食道および気管再生の可能性を検討した。
（方法）実験1（BSによる食道形成）：ビーグル成犬の皮下に鋳型基材を埋め込みBSを作成。頚部食道に1×2cmの欠損孔を作成し、BSで食道パッチ形成を行い、4週後（n=2）と12週後（n=2）に内視鏡ならびに組織学的評価を行った。
実験2（吸収性ステント内包BTによる気管置換）：対象はビーグル成犬（n=5）。気道内腔保持のため吸収性ステントを内包するBTを作成した。長さ20mmの吸収性ステント内包BTを頚部気管へ同所性に置換し、3-7ヶ月後の開存性と組織学的評価を行った。
（結果）実験1：BSは十分な柔軟性と強度を有し、食道の縫合不全や狭窄はなく全例生存した。術後4週でBS表面に重層扁平上皮の再生を認め、12週後にはBS内に食道筋組織の再生を認めた。実験2：吸収性ステント内包BTは十分な柔軟性と強度を有し、気管の縫合不全はなかった。術後見られたBT内腔の狭窄に対しては、バルーン拡張を繰り返し行うことで4例が長期生存（3-7ヶ月間）した。術後３ヶ月でBT内腔面には気道上皮が確認でき、術後7ヶ月でBT内に血管や気管支腺組織の再生を認めた。
（結論）イヌにおける食道形成にて、BSを足場とした食道壁の再生を認めた。一方BTを吸収性ステントと組み合わせることで管腔保持力が強化され、生理的な気道陰圧下においても再生気管の内腔が保持され、長期生存が得られた。また移植したBTには気管上皮、血管、気管支腺組織の再生を認め、気管再生の足場としての有用性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
生体内組織形成技術により作成したBiosheetならびにBiotubeを用いて、食道ならびに気管の再生実験を行った。
Biosheetを用いた食道形成術では、全例長期生存し、移植したBiosheet内で食道壁が再生していることが確認できた。
また、吸収性ステントと組み合わせたBiotubeをを用いた気管置換術では、気管内腔保持力が強化され長期生存が得られた。組織学的評価では、置換したBiotube内に気管上皮、血管、気管支腺の再生が見られ、食道ならびに気管再生の足場として有効なことが示された。
こうした初年度の実験結果より、生体内組織形成技術により作成したコラーゲン組織が、臓器再生の足場として有効であることが示された。立体的な3次元の臓器再生においては、適切な足場を作成することが極めて重要であり、これまで大きな課題となっていた。生体内組織形成技術により作成したBiosheetならびにBiotubeは、こうした立体的な臓器再生の足場となりうることが示され、食道ならびに気管再生における大きなインパクトとなりうる。Biosheetを用いた食道形成術 についてはすでに英文誌に論文発表すみである。また、吸収性ステントと組み合わせたBiotubeについては国際学会で発表済みであり、現在論文作成中である。以上の成果を考慮すれば、当初計画した以上の順調な成果をあげている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験で、BiotubeならびにBiosheetが食道ならびに気管再生の足場として有効であることが、大動物を用いたモデルで示された。しかし大動物モデルであるため、長期生存させることが実験目的となっていた。そのため、詳細な時系列を追った臓器再生機序については検討はできていない。そこで次年度は、小動物（ラット）を用いた気管再生モデルを確立して、BiotubeならびにBiosheetにおける詳細な気管再生機序を明らかにする。
これまでのラットモデルの問題点としては、気管置換術の生存率が低いことが挙げられる。生存率が低い原因は、気管内腔の狭いラットにおいては、移植した全周性気管は分泌物や浮腫などで術後早期に容易に閉塞して、長期生存例を得ることが困難であった。そこで、培養軟骨細胞から軟骨を作成する独自技術を用いて、気管軟骨様の軟骨輪を作成した。この技術により作成した軟骨輪をBiotubeと組み合わせることでHybrid-biotubeを作成する。このHybrid-biotubeの力学特性を解析して、気道の陰圧に耐えうる内腔保持力を有するかの検討を行う。十分な保持力が得られれば、Hybrid-biotubeを用いた気管置換術を試み、長期生存可能なラットモデルが確立できれば、より詳細な気管再生機序を明らかにすることができる。また独自の培養技術にて作成した軟骨輪が、置換した生体内で長期生着することが示されれば、新たな再生気管技術としての可能性が期待できる。
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