2021 Fiscal Year Annual Research Report
力学負荷によるコラーゲン線維配向誘導を利用した多軸配向線維性組織創出の試み
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20K21887
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前田 英次郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20581614)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 健郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30209639)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 腱 / 靭帯 / コラーゲン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
腱，血管，椎間板などは損傷すると自己再生しない．自家組織移植による修復には移植片採取回数の限度，移植片採取部の治癒などの問題があり，また現在の人工代替材料を用いた修復術にも生体適合性や長期使用による機能劣化の問題が残る．これらの問題は人工組織の力学特性が周囲組織と一致しないことも一因と考えられている．したがって，適切な生理的生体適合性（低異物反応）と機能的生体適合性（線維配向，弾性，強度の周囲との一致性）を有し，最終的に組織再生を導く人工組織を効率的に作製する技術の登場が渇望されている．力学負荷を支持する軟組織はコラーゲンやエラスチンなどの線維タンパク質によって構成され，組織の力学特性，特に非線形な応力－ひずみ関係は構成タンパク質の成す構造の配向性に依存することが知られている．
そこで本研究では，生体組織は作用する力学負荷に適応した最適な構造を形成する原理に着目し，短時間に任意の線維配向をもつ組織を形成する新たな人工組織形成法の開発に挑んだ．酸性コラーゲン溶液からコラーゲンゲルを作製し，これに一軸方向の力学負荷を作用させつつゲニピンで架橋を施した．力学負荷量および処理時間を調整した結果，作製された人工組織の強度は約5 MPaとなり，未処理の組織と比べて強度を約250倍に高めることに成功した．また，電子顕微鏡観察により組織の線維は力学負荷方向に揃っていること，ラット腱由来の細胞を播種したところ2週間は細胞が生存したことをそれぞれ確認した．
以上の結果から，本研究で開発した手法を用いると，短時間で簡単に線維配向と強度を有する組織を開発できることを確認した．特に1軸負荷を作用させて作製した組織は腱様の構造と強度を有することから，人工腱，人工靭帯に応用することが可能であることが示された．
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