2019 Fiscal Year Research-status Report
Search for prevention method of fetal dysfunction by placenta-on-a-chip
| Project/Area Number |
18K19897
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
船本 健一 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (70451630)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
|
| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 流体工学 / ナノバイオ / マイクロ流体デバイス / 胎盤 / 低酸素 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、申請者独自のヒト胎盤チップ（Placenta-on-a-chip）内で、ヒト胎盤の微小環境の構造と機能をより忠実に模擬する方法と、酸素濃度の制御下における細胞群の挙動と相互作用を調べる実験方法について検討した。本ヒト胎盤チップ内には、3本のゲル流路①，②，③が隣接して設けられており、さらにそれらを挟むようにして細胞培養液を供給する2本のメディア流路が隣接している。ゲル流路①側を母体側とし、それに接するメディア流路内で細胞性栄養膜細胞のモデルとしてヒト絨毛がん細胞（JEG-3）を培養し、流路全体を覆うような栄養膜を形成した。長期間の培養を行うことで、ヒト絨毛がん細胞同士が融合して多核化した細胞が観察されるようになり、合胞体性栄養膜が形成されることが確認できた。また、ゲル流路③側を胎児側とし、そのゲル流路内にヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）と正常ヒト肺線維芽細胞（NHLF）をフィブリンゲルに混合して配置し、長期間培養することにより微小血管網を構築した。それに接するメディア流路にはHUVECを播種して培養することにより、血管内皮細胞の単層を形成するとともに、ゲル流路内の微小血管網に接続させた。これにより、ヒト胎盤内の微小環境に張り巡らされている毛細血管網を再現し、その微小血管網に細胞培養液を灌流させることが可能になった。さらに、微小血管網に注入した蛍光標識デキストランが血管壁を透過してフィブリンゲルへ拡散する様子を蛍光顕微鏡により観察し、その蛍光強度の定量化により微小血管網の物質透過率を計測することが可能になった。細胞実験中の細胞周囲の酸素濃度の制御は、各メディア流路の上方に設けたガス流路に混合ガスを供給することで可能にした。以上の結果、より実際に近い状態でのヒト胎盤を構成する細胞群の挙動を酸素濃度制御下で観察することが可能になった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ヒト胎盤チップ内で実際のヒト胎盤の構造をより忠実に模擬できるようになり、チップ内に形成した合胞体性栄養膜や微小血管網の物質透過性を定量評価する方法も確立できた。一通りの実験に必要不可欠な技術を確立できたが、ヒト胎盤を構成する細胞群の挙動や機能に対する酸素濃度の影響の解明については、今後さらに実験を重ねる必要がある。目標であるヒト胎盤の形成機序と機能維持機構の解明のためには、研究を一層加速させる必要がある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度までに確立した実験技術を利用して、ヒト胎盤の形成機序と機能維持機構を解明する実験に取り組む。ヒト胎盤チップ内で細胞性栄養膜細胞（ヒト絨毛がん細胞）を培養して栄養膜を形成し、血管内皮細胞（ヒト正常臍帯静脈内皮細胞）と線維芽細胞（正常ヒト肺線維芽細胞）を培養して微小血管網を形成する。その後、ガス流路に酸素濃度を調整した混合ガスを供給することでデバイス内の酸素濃度を制御し、一様な酸素状態や、母体側と胎児側の酸素濃度の差異を模擬した酸素濃度勾配を生成する。さらに、母体側の酸素濃度の低下、細胞培養液中の栄養成分（グルコース，有機酸，乳酸など）の減少、細胞培養液の還流速度の減少を与えて母体の健康状態の変化を模擬し、細胞群の挙動と相互作用の変化を調べる。また、母体からの胎児への栄養とホルモンの供給、母体が摂取した薬剤や環境ホルモンの胎児への伝達など、母体側と胎児側の間の物質交換を評価するため、蛍光標識デキストランを注入して栄養膜と微小血管網の物質透過性の変化を評価する。さらには、実験後の細胞に対して免疫蛍光染色やウェスタンブロッティングによる解析を行い、観察された変化のメカニズムについて考察する。以上の研究により、低酸素・低栄養・低血流によるヒト胎盤内微小環境の形態と物質透過性の変化の原因となる細胞内タンパク質の変化を解析し、胎盤機能を維持する方法を検討する。
|
Research Products
(9 results)
