2020 Fiscal Year Annual Research Report
血管相互作用を基軸にした三次元コンプレックス組織工学の創生
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19H04452
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
須藤 亮 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (20407141)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 忠紘 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00827339)
谷下 一夫 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 名誉教授 (10101776)
三高 俊広 札幌医科大学, 医学部, 教授 (50231618)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 三次元組織工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三次元組織工学において血管組織と実質組織、および血管組織と腫瘍組織の相互作用（血管相互作用）を解明することは極めて重要な課題であり、立体臓器の再生手法や新たながん治療戦略の立案につながる。そこで、本研究は、血管相互作用を基軸として、血管と三次元肝組織（実質組織）、および血管と胆管がんオルガノイド（腫瘍組織）の関係を明らかにすることによって、複数の組織が複合化した高次の三次元組織を構築する組織工学（三次元コンプレックス組織工学）の学術基盤を創生することを目的としている。これまでの研究では、本研究の基軸となる血管相互作用を調べるうえで重要な血管組織の構築と高機能化について中心的に取り組み、安定化した毛細血管網を構築した。さらに、血管径を拡大させる力学的因子および生化学的因子を検討することで、血管径の拡大制御に成功した。これらの研究結果を受けて、さらなる大型血管とリモデリング可能な微小血管を共存させる新たな培養デバイスを開発した。管腔構造を有する三次元ゲルが内蔵された培養デバイスを作製し、大血管構造と微小血管を同時に構築した。さらに、灌流培養を行うことで、構築した階層的血管構造を安定的に培養することに成功した。実質組織（肝組織）の培養としては、マイクロ流体デバイスを用いてヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の三次元培養を行い、三次元組織形成を誘導することに成功した。この時、肝細胞の機能が向上することを立証した。血管と胆管がんオルガノイドの相互作用の検討も本格的に開始した。マイクロ流体デバイスで胆管がんオルガノイドを形成し、血管およびリンパ管内皮細胞との近接培養を行うことによって胆管がんオルガノイドの浸潤や極性および血管形成・維持に与える影響を定量的に評価した。その結果、リンパ管との共培養において、血管との共培養よりも胆管がんオルガノイドの浸潤が促進されることを見出した。
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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
本研究は血管相互作用を基軸にした研究であるため、血管組織の構築と高機能化は重要な研究課題である。これまでは微小血管のみの培養系であったのに対して、最近の研究は大血管から微小血管へ接続する階層的血管構造を構築できるようなった。また、実質組織（肝細胞）の培養については、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の三次元培養を行い、三次元組織形成を誘導し、機能が向上することを立証した。さらに、血管組織と腫瘍組織の相互作用としては、胆管がんオルガノイドと血管・リンパ管内皮細胞の共培養の研究が進展し、血管相互作用を定量的に評価することができるようになってきた。これらの結果を踏まえると当初の目的達成に向けておおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では、本研究の基軸となる血管相互作用を調べるうえで重要な血管組織の構築と高機能化について中心的に取り組み、マイクロ流体デバイスを用いてヒト血管内皮細胞とヒト間葉系幹細胞の共培養を行い、壁細胞（ペリサイト）に被覆されて安定化した毛細血管網を構築した。また、拡大リモデリング機能を有する微小血管を構築し、階層的血管構造を構築するために、大型血管とリモデリング可能な微小血管を共存させる新たな培養デバイスを開発した。しかし、大型血管は血管内皮細胞のみを用いた培養系であるため、新たに血管壁細胞を導入し、大型血管の安定化や高機能化を目指す必要がある。また、構築した血管と正常組織（肝組織）およびがん組織（胆管がんオルガノイド）の相互作用の検討を開始している。胆管がんオルガノイドに関しては腫瘍環境を再現する方向で研究を進め、肝組織に関してはより緻密に三次元構造を形成する手法の開発に取り組む。
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