2020 Fiscal Year Annual Research Report
骨オルガノイドの生成期間短縮と物性制御を目指した材料学的アプローチ
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19H03837
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
松本 卓也 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40324793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 雅哉 東北大学, 工学研究科, 教授 (10332735)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | オルガノイド / 組織制御 / 時間空間制御 / 骨組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨組織の成長制御を達成するための方策として、外部環境の制御は有効な方法の１つである。制御に応用する外部環境としては様々な物理的環境、化学的環境が挙げられるが、本研究ではまず周囲硬さ環境を１つの重要な因子として検討を進めた。ここでは周囲硬さを制御するためのゲル材料の作製、ならびにそれを応用した組織培養系の構築を行い、組織培養時における組織形態変化、成長変化を検討する、という実験である。使用したゲルはアガロースゲル、アルジネートゲルといった基本的に多糖を成分としたゲルである。これらゲルは濃度を変えることで容易に硬さを制御可能である。また、多孔質平板や3Dプリンターを元に作製した鋳型を元に、ゲルの形態制御も可能にしている。組織培養としては、マウス胎児から取り出した組織を主として使用し検討に用いた。一方、別の外部環境として化学的環境の利用も進めている。具体的に利用した化学的環境として、細胞膜を原料とした石灰化誘導材料を存在させることによる石灰化促進を進めた。この素材は実際に培養した細胞を回収したのち、ホモジナイザーで破砕し、さらに高精度の遠心分離により精製した材料である。さらに、生成される骨組織の構造制御を目指し、魚類骨の構造解析を進めた。このように、本研究では科学的新規知見の獲得ならびに、工学的な材料の創製といった、科学と工学の両側面から検討を進めている。これら研究の結果、論文発表3件、学会発表2件、知財の出願１件を当該年度中に行った。
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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
上記、概要にも挙げているとおり、周囲硬さを制御するためのゲル材料を作製、それを応用した組織培養系の構築を行い、組織培養時における組織形態変化、成長変化を検討した。具体的にはマウスメッケル軟骨をマウス胎児から取り出し、異なる硬さの環境で培養した。その結果、適切な硬さにより軟骨組織の迅速な吸収であったり、迅速な骨化がみられるなど、外部刺激としての硬さの有用性が確認された。また、細胞膜ナノフラグメントを用いた迅速石灰化の検討では、細胞種、ナノフラグメント精製方法などを検討し、24時間以内に石灰化を誘導することに成功している。また、魚類肋骨の特徴的な層状構造の理解や、軟骨細胞で占められた中腔構造の確認など、骨のしなやかさを再現するための様々な知見を獲得するに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況をふまえたうえで、今年度は周囲硬さ環境がどのようなメカニズムで、軟骨組織の吸収促進や骨石灰化の形成促進に寄与しているのかについて、分子生物学的な検討を進める。具体的には基質分解に関与するマトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）やメカノトランスダクションに関与するHippo経路などを中心に、硬さの違いにともなう軟骨細胞や骨系細胞におけるこれら遺伝子、タンパク質の発現変化を検討する。また、層状骨ならびに配向骨形成の制御達成を目指し、有機成分および無機成分の相互作用について検討を進める。具体的には骨基質構成有機成分を中心に無機アパタイトとの吸着ならびに接着を検討し、有機無機複合体の作製を進める。これら手技を細胞オルガノイド培養環境下に応用することで、最終的な生成物の物性、質制御を進める。
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Research Products
(6 results)
