Development a novel approach for articular cartilage repair/regeneration using microneedle array sheet

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K09434
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 石川 正和 広島大学, 医系科学研究科(医), 寄附講座准教授 (60372158)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 味八木 茂 広島大学, 病院(医), 講師 (10392490) ; 中佐 智幸 広島大学, 病院(医), 講師 (60467769) ; 亀井 豪器 広島大学, 病院(医), 助教 (60633039)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロニードルアレイシート / 関節軟骨 / 軟骨再生 / ドラックデリバリー

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マイクロニードルアレイシートを用いた軟骨移植およびドラッグデリバリーによる軟骨再生治療の開発を目指している。日本で唯一保険収載されている軟骨再生医療の自家培養軟骨移植術でも、移植部周囲へのコラーゲン膜の縫合が必要であり、軟骨への侵襲と手技の煩雑さが課題である。そこで無痛針技術のマイクロニードルを配列した被覆シート（マイクロニードルアレイシート）を軟骨に直接貼付、固定可能な技術開発を目指している。2020年度はマイクロニードルアレイシートの関節内への貼付とその実現可能性と組織修復及び炎症反応の評価を目指した。開発中のマイクロニードルアレイシートが白色家兎関節内へ移植できるサイズで作製することが困難であったため、軟部組織を用いて、その固定状態の観察を行った。マイクロニードルは高さ700マイクロメートル未満であり、直径100-150マイクロメートルのものを使用した。軟部組織への貼付により、強固な固定は困難であったが、ある程度の固定ができることは確認できた。一方、マイクロニードルの破損や刺入できていないものが散見された。今後はマイクロニードルの高さや密度を変更し、その固定性と強度を確認する予定である。細切軟骨組織と被覆材の検討として、白色家兎大腿骨滑車部骨軟骨欠損モデルを作製し、細切軟骨組織に医療用被覆材として既に臨床で使用されているPGA（ポリグリコール酸）シートを併用し、炎症反応、組織修復像の評価を開始している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年度は共同研究をしているシンクランド社から開発中のマイクロニードルアレイシートのサンプルを供給頂いた。しかし、頂いたサンプルは研究開発段階のものであり、マイクロニードルの作製は可能であったが、関節内に貼付可能な厚みのシートを作製することが困難であることが判明した。従って、本年度においては日本白色家兎の関節内への貼付が難しい状況であった。動物モデルとして、従来予定していた白色家兎大腿骨滑車部骨軟骨欠損モデルを作製し、細切軟骨組織を移植している。被覆材料として、マイクロニードルアレイシートの代替品として医療用被覆材として販売されているPGAシートを用い、炎症反応、組織修復像を評価予定である。

Strategy for Future Research Activity

2021年度以降は、シンクランド社のマイクロニードルアレイシートの開発状況に合わせて、引き続きモデル作製とマイクロニードルアレイシートの移植を行う。十分な試料の提供が難しい場合は、被覆材として可能性のある基材を探索し、移植を行い、細切軟骨組織と組み合わせることで、軟骨修復・再生における安全性、有効性を白色家兎モデルにて検証していく。ドラッグデリバリーに関しても同様にマイクロニードルアレイシートの開発状況をみながら、ラット関節軟骨変性モデルにおいて既存の被覆材を用いて検討していく。

Causes of Carryover

当該年度の組織切片作製、画像取得が遅延したため、データ及び画像解析のためのコンピューター購入を次年度に計画している。