2020 Fiscal Year Research-status Report

立体臓器チップ構築に向けた細胞単層の自動3D化技術の基盤開発

Research Project

Project/Area Number	18K12088
Research Institution	Okayama University of Science
Principal Investigator	岩井良輔岡山理科大学, フロンティア理工学研究所, 講師 (60611481)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	神吉けい太岡山理科大学, 工学部, 准教授 (10516876) 船山麻理菜大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 客員研究員 (30713599) 森脇健司弘前大学, 理工学研究科, 助教 (50707213)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	臓器チップ / 組織工学 / 動物実験代替 / メカノバイオロジー / 骨格筋組織体
Outline of Annual Research Achievements	全身の薬物動態である吸収（A）、分布（D）、代謝（M）と排泄（E）（ADME）を評価できる培養系、即ち人体の臓器を培養皿に再現した「生体/臓器チップ」の実現には、培養皿上でADMEの役割を担う細胞が生体内の環境に近い薬剤反応性を発揮できるように、それぞれの細胞種に適した2次元（2D）単層、あるいは3次元（3D）組織の形態に作り分けそれらを連結させる必要があるが、そのような細胞操作技術はほとんど開発されていなかった。これまでに、我々の開発した接着細胞の自己凝集化誘導技術（CAT）とシリコーン微細加工技術を用いて細胞（凝集化のモデル細胞として間葉系幹細胞を用いた）の2D接着-3D組織の連結構造体を作製することに成功した。続いて、薬効・毒性評価のモデル細胞として血管内皮細胞または骨格筋細胞を用いて、CATによりそれらをそれぞれファイバー状の毛細血管構造組織体や骨格筋様組織体にすることに成功した。一方で、薬効・毒性試験のための微細加工シリコーン培養チャンバー、及び組織収縮力計測センサの設計も完了した。本年度は、毛細血管構造組織体について、カドミウムを添加することで毛細血管構造の縮退を確認し毒性評価モデルとしての有効性を示すことができた。他方、骨格筋細胞からなる3D組織体についても機能評価（収縮力）を試みたが、培養による組織体の変形が生じて正確に機能を測定することはできないことが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 平成31年度は、モデル細胞を用いて2D-3D連結構造体を作製することに成功するとともに、薬効・毒性の新規の評価系の開発に向けた細胞の力学的変化を計測し得る可能性を有するセンサの作製にも成功しするなど、計画通りに研究が進捗した。令和元年度は、薬効・毒性評価のモデル細胞として、血管内皮細胞および骨格筋細胞を用いて3Dファイバー状の毛細血管構造組織体や骨格筋組織体を作製することができた。また、骨格筋組織体の薬効・毒性評価のための微細加工シリコーン培養チャンバー、及び組織収縮力計測センサの設計も完了した。しかしながら、組織体作製に時間を要し、その薬効・毒性などの機能評価は年度内に実施することが出来ず、やや研究に遅れが生じた。令和2年度は、これまでに得られた3D組織体の薬効・毒性評価を試みた。その結果、毛細血管構造体の毒性評価としてカドミウムを添加することで、毛細血管構造の縮退を確認し評価モデルとして有効であることが示された。しかしながら、骨格筋組織体については、その培養経過で自発的な組織の変形が生じて収縮機能を正確に測ることが困難であることが分かった。また、コロナ渦にて分担研究者との共同研究の実施に制限が生じたため、本研究の最終目的であるADMEの内、2つから3つの項目のマルチ評価が可能な複数種の細胞から成る2D-3D連結構造体の作製については、着手することができず、補助事業期間延長により来年度に実施することとした。
Strategy for Future Research Activity	本研究の最終目的であるADMEの内、2つから3つの項目のマルチ評価が可能な複数の異なる細胞から成る3D組織体が連結した構造体の作製を試み、その組織体への薬剤暴露による毒性・薬効評価を細胞機能や組織構造変化を計測することで、創薬試験系としての応用可能性を評価する。
Causes of Carryover	コロナ渦にて分担研究者との共同研究の実施に制限が生じたため、本研究の目的を達成するために、補助事業期間延長申請を行い次年度の使用額が生じた。本来、本年度に計画していた実験のために使用する。具体的には、複数種の細胞から成る2D-3D連結構造体の作製を試み、その構造体への薬剤暴露による毒性・薬効評価を細胞機能や組織構造変化を計測することで、創薬試験系としての応用可能性を評価する。