2019 Fiscal Year Annual Research Report
灌流可能な管腔ネットワークを有するｏｎｃｈｉｐ立体組織デバイスの構築
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18J23131
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西村 啓吾 東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 血管新生 / スフェロイド / マイクロ流体デバイス / 共培養 / ゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、立体組織内に灌流可能な管腔ネットワークを形成する手法の確立に向け、昨年に引き続き、血管内皮細胞を用いたスフェロイド内部への灌流可能な血管の導入に取り組んだ。
線維芽細胞と血管内皮細胞からなる共培養スフェロイドを組織モデルとして用いて、デバイス外部のポンプを介してスフェロイド内部への培養液の送液が可能なデバイスを構築することを目指した。
デバイスは、3本の平行な微小流路（上部流路、中央流路、下部流路）と2箇所のゲル形成部からなる。2箇所のゲル形成部は、中央流路と上部流路の間、および中央流路と下部流路の間にそれぞれの流路と接するように存在する。そのため、ゲル形成部にゲルを形成することにより、3本の流路をゲルで隔てることが可能である。形成されたゲルは細胞の足場として機能するため、ゲル形成後に血管内皮細胞を上部・下部流路に播種することで、ゲル表面上に生着させることが可能である。一方、中央流路における2箇所のゲル形成部の間にはスフェロイドの捕捉部が存在し、スフェロイドを配置することが可能である。本デバイスで構築されるスフェロイド、ゲル、血管内皮細胞の集合体を培養することにより、血管新生が生じ、スフェロイドがゲル内の新生血管を介して上部・下部流路と接続されることが期待される。
本デバイスを用いて、ゲル形成部にフィブリンとコラーゲンからなるゲルを形成し、血管内皮細胞の播種およびスフェロイドの捕捉を行った。その後、培養したところ、スフェロイドおよびゲル表面に播種された血管内皮細胞による血管新生が観察された。また、チューブを介してペリスタポンプを上部・中央・下部それぞれの流路に接続したところ、デバイス内に培地灌流を行うことが可能だった。各流路への培地灌流を行いながら21日間の培養を行ったところ、灌流を行う流路に応じて、スフェロイドからの血管新生の方向に違いが見られることが分かった。
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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
今年度までに、「管腔構築のための犠牲層として利用可能なネットワーク状アルギン酸ゲルの形成」および「血管内皮細胞を用いたスフェロイド内部への灌流可能な血管の導入」という、二つの要素技術に関する研究がそれぞれ進展した。特に、今年度は後者の「血管内皮細胞を用いたスフェロイド内部への灌流可能な血管の導入」に関する研究が進展し、本研究課題の目的である「灌流可能なon chip 三次元組織の構築」に向けて、最終的なデバイスの全体像が概ね確定した。これらの成果から、本研究課題の進捗状況はおおむね順調であると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、新生血管を介してスフェロイド内部の血管ネットワークと上部流路および下部流路を接続することにより、スフェロイド内部への培地灌流を実現する。それにより、研究課題の目的である灌流可能な管腔ネットワークを有するon chip立体組織デバイスを構築し、その機能を評価する。
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