2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of the mechanism and prevention for ischemia-reperfusion injury by using blood-brain barrier-on-a-chip
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19H04435
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立川 正憲 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (00401810)
吉野 大輔 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80624816)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 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 / 血液脳関門 / 微小血管網 / 虚血再灌流障害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
3-in-1生体模擬チップ内に微小血管網を形成し、ヒト血液脳関門（BBB）の機能の維持と破綻のメカニズムの解明に取り組んだ。微小血管網の物質透過率の正確な計測には、細胞培養液を灌流できる構造の形成確率を向上させ、メディア流路に注入する蛍光標識デキストランがゲル流路に直接漏れ入ることを防ぐことが不可欠であった。そこで、フィブリンゲル内に形成する微小血管網とメディア流路に形成する血管内皮細胞単層の接続の促進についてさらに検討した。各細胞の播種密度はこれまでの検討に基づく値を維持し、血管内皮細胞増殖因子の添加や、メディア流路に血管内皮細胞を追加播種する日にちと方法（チップを静置する角度や時間）を変えて検討した。灌流可能な微小血管網の形成には、ゲル流路に細胞を播種してから数日後にメディア流路に細胞を播種した方が良いこと、各細胞の継代数は低く抑える必要があることがわかった。しかし、ヒトiPS細胞由来の血管内皮細胞とペリサイトおよびアストロサイトを共存培養して形成するBBBを模擬する微小血管網は、灌流可能な構造の形成に依然として課題を有した。そこで、比較的安定して灌流可能な構造ができるようになったヒト臍帯静脈内皮細胞と正常ヒト肺線維芽細胞による微小血管網に対し、酸素分圧による物質透過性の変化を引き続き評価した。チップ内のガス流路に混合ガスを供給し、様々な酸素分圧のレベルや時間変化のタイミング、それらの繰り返し回数を変えて実験を行った。その結果、30分間隔で低酸素負荷と再酸素化を繰り返し与えた場合に物質透過率が有意に上昇した。また、低酸素状態から酸素濃度を増加させた直後に活性酸素の一過性の増加がみられた。これらのことから、虚血再灌流における再酸素化による微小血管網の物質透過性の増加と活性酸素の関係が示唆され、活性酸素の発生に対して血管内皮細胞の結合性を維持する対策が重要と考えられた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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