2021 Fiscal Year Annual Research Report
Search for prevention method of fetal dysfunction by placenta-on-a-chip
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18K19897
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
船本 健一 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (70451630)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒト胎盤チップ（Placenta-on-a-chip）を用いてヒト胎盤の微小環境を模擬し、細胞群の形態や動態、相互作用を調べる実験に取り組んだ。チップ内に設けた隣接する3本の平行なゲル流路①，②，③に対し、ゲル流路①側を母体側、ゲル流路③側を胎児側としてそれぞれ細胞を培養し、両者の間の物質交換に関する評価を行った。ゲル流路①にはフィブリンゲルのみを注入し、ゲル流路③にはフィブリンゲルまたはヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）と正常ヒト肺線維芽細胞（NHLF）を混合したフィブリンゲルを注入した。ゲル流路②は空洞の状態のまま、ゲル流路①に隣接するメディア流路に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、ゲル流路③に隣接するメディア流路にHUVECを播種した。各メディア流路において流路全体を覆う栄養膜または血管内皮細胞単層が形成されるまで培養を行った後、ゲル流路②にフィブリンゲルを注入して母体側と胎児側の細胞群間の相互作用を開始し、さらに数日間培養を行った。その後、チップ内のガス流路に混合ガスを供給して酸素濃度を制御し、メディア流路に注入した蛍光標識デキストランのフィブリンゲル内への拡散を定量化することで、母体側の合胞体性栄養膜や胎児側の微小血管網の物質透過性を評価した。低酸素環境下では微小血管網の物質透過性が増す傾向が観察された一方、合胞体性栄養膜の物質透過性には顕著な変化はみられなかった。また、免疫蛍光染色による顕微鏡観察では、JEG-3細胞同士が融合し多核化して合胞体性栄養膜を形成していることや、フィブリンゲル内に形成された微小血管網は3次元構造を有すること、いずれの細胞も低酸素負荷時には低酸素誘導因子が核内移行して低酸素状態を感知していることが確認できた。このように、酸素濃度制御下の母体と胎児間の物質交換の定量評価が可能になった。
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