2020 Fiscal Year Annual Research Report
Self-assembly of human mesenchymal stem cells with cellulose nanofibers for articular cartilage tissue regeneration
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18K05249
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
吉川 千晶 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (10447930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榊原 圭太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20618649)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / 再生医療 / 軟骨組織再生 / 傾斜階層構造 / 間葉系幹細胞 / 濃厚ポリマーブラシ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ポリマーブラシを付与したセルロースナノファイバーを用い、関節軟骨再生のための力学特性・生理活性が傾斜した高次構造材料の創製に取り組んできた。本年度は、前年度からの継続課題である（１）セルロースナノファイバーと間葉系幹細胞との自己組織化、（２）軟骨分化前後における高次構造体の力学特性・生体機能の評価を行った。前者の研究では、電荷の異なるポリマーをセルロースナノファイバーにグラフトし、表面電位が間葉系幹細胞との自己組織化に与える影響について検討した。その結果、表面電位に依存して自己組織化の挙動が著しく異なることが確認され、自己組織化の駆動力がポリマーブラシと細胞との静電相互作用であることが明らかとなった。更に、繊維長の異なる市販のセルロースナノファイバー５種類を用いて、間葉系幹細胞との自己組織化について調査した。いずれのファイバーも表面電位やタンパク吸着量に違いはなかったが、繊維長に依存して高次構造体のサイズが異なることが確認された。これは繊維長も細胞動態（高次構造）を決定する重要なファクターの一つであることを示唆する。
後者の研究では、繊維長やポリマーブラシの化学組成を最適化し、関節軟骨組織（表面層・中間層・深層）に類似した異なる力学特性の獲得に成功している。また、定量PCRによる軟骨マーカー遺伝子の発現量の定量、凍結切片法を用いた組織染色などにより、高次構造や力学特性に応じて軟骨分化の程度が異なることが確認できた。これらの結果は力学特性・構造特性の不均一性が軟骨再生（生理活性）に重要であることを示唆する。In vitroの評価は予定通りに終えたので、今後は動物を用いたin vivo評価による関節軟骨再生の評価を進める予定である。
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