2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of highly hierarchical bundles comprising of collagen and proteoglycan and their in vivo evaluations
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18K12092
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
柚木 俊二 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 主任研究員 (20399398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
海老澤 瑞枝 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第一部光音技術グループ, 主任研究員 (00510893)
畑山 博哉 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 副主任研究員 (80614552)
近藤 英司 北海道大学, 医学研究院, 特任教授 (60374724)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コラーゲン / 腱 / 靱帯 / 線維 / 配向 / 複屈折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度では、前年までに開発した線維配向コラーゲンゲルの連続成型技術を発展させ、軸方向に線維が配向した紐状コラーゲンゲルを中空コラーゲンゲルが包む人工fascicleの連続成型を実証した。塩化ナトリウム280 mMを含有したリン酸緩衝液コラーゲンに対してブタ真皮由来コラーゲン（濃度2.5%）を溶解し、人工fascicle作製用のコラーゲンゾルとして用いた。38℃に加温した特製のステンレス金型にコラーゲンゾルを連続的に導入することにより人工fascicleを連続成型した。ステンレス金型には、グリコサミノグリカン（GAG）を導入する中央の円筒チャネル（内径1.5 mm）とその周囲に輪状に配列された紐状コラーゲンゲル成型用の6本の円筒チャネル（内径1 mm）、さらにそれらのチャネルを中空コラーゲンゲル成型用のリング状チャネル（厚さ1 mm、内径5 mm）が囲った構造を付与した。各チャネルに線速度1.25 mm s-1でゾルを導入すると、線維ゲルが各チャネルから連続的に押し出され、中空コラーゲンゲル（鞘）の中に紐状コラーゲンゲル（fiber）6本が含まれ、fiber間にGAGが充填された人工fascicleの連続成型に成功した。紐状コラーゲンゲルの二次元複屈折分析により得られる屈折率差は3.9×10-4に達し、理想系、すなわちステンレス管へゾルを導入した場合と同等の線維配向性を確認した。
人工fascicleへの細胞の浸潤性が低かった場合の回避策として、線維配向した帯状コラーゲンをロールアップする新規作製法を考案した。これを実現するための予備実験として、帯状コラーゲンを連続成型するためのTダイ型の金型を試作し、至適な成型条件を明らかにした。厚み方向の中央部の線維配向性が比較的低かったものの、長さ方向に線維配向した帯状コラーゲン（厚さ1 mm、幅30 mm）の連続成型に成功した。これを乾燥した帯状コラーゲンフィルムは線維配向に由来する高い引張強度と弾性率を示した。
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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
2018年度の前半には金型試作を複数回行い時間を要したため、計画が遅れる懸念があった。中空ゲルの作製には断面が環状のスリット状流路を金型内に設置することが要求され、差ライン中空ゲルの内部に紐状ゲルを封じるためには、環状流路の環内に円形流路を配置する。従って、断面が環状のスリットの内部にはおのずと独立した円柱が形成され、そこに6本の管状流路を設置しなければならない。しかし、円柱を固定化するための設計が難しく、試行錯誤に陥った。最終的に、環状流路の側面からゾルを導入する配置を採用したことにより中空コラーゲンゲルが紐状コラーゲンゲル6本を包む階層化ゲルの連続成型に成功した。
2018年度の後半には、本研究において最も挑戦的であった人工fascicleの連続成型に成功した。昨年度までの科研費基盤Cにおいて配向化メカニズムの解明ができたため、そのメカニズムを踏まえることで適切な連続成型条件を絞り込むことができたことが理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
・基本的には当初計画に従って進める。
・人工fascicleの鞘（中空コラーゲンゲル由来）に細胞が入れない場合、線維配向した帯状コラーゲンゲルを丸めて人工fascicleを創出する新規作製法を検討する。
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| Causes of Carryover |
本研究および昨年度までの研究で１０年に渡り使用してきた人工腱作製用のブタ皮膚由来コラーゲン溶液が突然に販売停止となり、代替品の選定が間に合わず差額が生じた。次年度には代替品を選定し、本研究のコラーゲン溶液の購入に使用する予定である。
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