2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of effective fabrication system for three-dimensional tissues based on thixotropic cellulose nanofiber gel
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18K19941
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
武田 直也 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60338978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今任 景一 広島大学, 大学院先進理工系科学研究科, 助教 (80777970)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / ハイドロゲル / チキソトロピー性 / 三次元培養 / 三次元組織作製 / マイクロ流体デバイス / 筋 / 血管 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繊維長（100 nm～2 μm）、繊維径、酸化度が異なる種々のTEMPO酸化セルロースナノファイバー（以下CNF）を作製し、AFMで構造を観察すると共に、濃度条件を変化させたハイドロゲルの粘性と粘弾性を測定した。いずれのCNFゲルもチキソトロピー性を発現したが、繊維長が短い（100～500 nm）CNFは顕著に低い弾性率を示した。
濃度条件を最適化して各種CNFゲルファイバーで筋芽細胞を三次元培養すると、短繊維CNFのみで筋管が形成されなかった。比較として分散した単分子からなるカルボキシメチルセルロースのゲルを用いても、筋管組織は形成されなかった。一方で、他のCNFゲルでは筋管が同方向に配向して長大な束構造（最大10本）を形成した。膜透過性に基づく生死細胞判定試薬の解析では、顕著な細胞毒性は検出されなかった。これより、分子集合による長線維化したCNFのゲルファイバーが組織形成培養場として適することを明らかにした。
CNFゲルファイバーで血管内皮細胞（EC）単独と間葉系幹細胞（MSC）との共培養を行い、いずれの条件でも、管腔構造をもち単一細胞層の壁からなる直径100 μmの長大な血管組織を構築した。MSC共培養では細胞の密な集合と配向が観察されたが、EC単独では構造が疎であり配向もなかった。これより、生体での周皮細胞と同様に、間質細胞が再生血管組織の構造を成熟させることが示唆された。
さらに、ゲルファイバー培養場のラット背部皮下への埋植試験を行った。6日間後に埋植部位の組織切片をHE染色で解析すると、ゲルファイバーは残存しており周囲に炎症反応は見られたが急性毒性は観察されなかった。今後は、筋・血管組織の移植と生体内挙動を詳細に解析していく。
以上のように、CNFゲルファイバー培養場のパラメーターを最適化して作製方法を確立し、筋および血管の長大な組織構築を達成した。
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| Remarks |
[1] 優秀ポスター発表賞： 三次元培養足場としてのCNFゲルの材料物性評価と再生組織構築、第9回CSJ化学フェスタ2019 ―日本化学会秋季事業―、2019年.
[2] 優秀ポスター賞： 再生組織構築における三次元培養足場としてのセルロースナノファイバー・ゲルの構造と機能物性、第68回高分子討論会、2019年.
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