2021 Fiscal Year Research-status Report
Integrated organoid system with mature vascular network and long-term perfusion
| Project/Area Number |
20K12608
|
|---|
| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
二井 信行 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (10508378)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 血管新生 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
血管内皮細胞は，血管新生とリモデリングの長期間の過程を経て毛細血管構造を形成する．これらのプロセスを生体外で再現できれば，再生医療，特に移植可能な厚みのある組織を人工的につくり出すことに貢献できる．しかし，これまでの主要なIn vitro自発的ネットワーク形成用システムは，通常は5日以内，長くても1週間程度の培養継続にとどまっていて，これらのデバイスによる血管新生の再現と解析は多く見られるものの，リモデリング，すなわちその後も適切な壁せん断力を印加しつつ培養を続けていくと発生した管腔がその分岐数を減らし，管腔幅を広げて安定していく過程を再現することは容易でない．血管新生は可能でもリモデリングが再現できていない理由は，自発的に形成された血管ネットワークに長期的にアクティブな灌流を実現するのが難しいためである．
そこで，我々は，生体外での自発的かつ成熟した血管網構造の再現のため，長期マイクロ灌流可能な毛細血管網デバイスと，アナログ波形（定流量波形）による点字デバイス駆動を用いて，３つのピンからなるポンプを位相を変えて駆動することで，逆流を完全に抑止し，脈流も約70%低下させることができた．また，血管内皮細胞を含むゲルの上流と下流で圧力差を生じる流路を用い，間質流の大きさを変えて管腔形成に与える影響を調べた．その結果，上流で管腔構造が崩れるように細胞が移動する現象比較的再現性よく観察できたが，この状態を間質流の方向切り替えというかたちでビジュアルフィードバックすることで，適正な太さとネットワークをもつ管腔構造を自発的に維持できることがわかった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず，アナログ波形の点字駆動による逆流無し，強パルス流なしの潅流を実現する技術を確立し，論文として出版もした．強いパルス流の有無や逆流が管腔形成に与える影響を調べることが容易となった．
そして，間質流の強さと方向を切り替えることで，血管内皮細胞が安定した管腔を形成するのに寄与することを見いだしたことで，１ヶ月以上の長期の管腔培養の例数も大きく増加した．この結果も論文として発表することができた．
アナログ波形・デジタル波形駆動ともに，点字駆動流れの上流に位置する灌流用流路に接するゲル領域において，管腔構造の崩れが発生しやすくなったことから，脈流の強さにあまり依存せず，強い流れまたは圧力が管腔構造の崩れをもたらしやすことがわかった．一方，流れが弱いと，細胞の死滅や，培養領域全体が管腔になってしまう現象がおきやすかった．しかし，間質流の方向を切り替えることで，これらの現象を回避し，安定した管腔構造が実現できることを示せた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き，安定的に長期リモデリングを再現するための条件を追求するが，注目すべきは，流れの強さあるいは頻度を下げることで，安定した間質流を得ることにあると考える．また，過剰な圧力を抑制するように流路やピラーの構造を再検討することも考えている．
このように，間質流や圧力など，流体力学的要素を最適化することで管腔リモデリングの再現が可能になりそうな感触が得られたため，当初予定のVEGF量の定量と最適化は当面見送ることを考えている．
なお，周皮細胞との共培養も試みたものの，よい効果が得られなかった．しかし，周皮細胞との共培養については，細胞播種密度などの条件を再検討し，再度試みたいと考えている．
|
| Causes of Carryover |
細胞培養とデバイス作成に関する消耗品について，ほぼ計画通りに予算執行された．年度末の細胞培養用試薬（培地など）の購入頻度に生じた誤差により，37,162円の次年度使用額を生じた．
|
