3次元細胞成形体の細胞機能を高める挑戦的バイオマテリアルの開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K21888
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 田畑 泰彦 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (50211371)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 3次元細胞成形体 / 枝分かれハイドロゲル繊維 / バイオマテリアル / 徐放化細胞増殖因子 / 細胞機能向上

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、3次元細胞成形体の細胞の生存と機能を高めるための細胞と組織工学バイオマテリアルとの組み合わせ技術を開発することである。一般に、3次元細胞集合体内では栄養・酸素が不足し、細胞の死滅あるいは機能低下が問題となっている。本研究では、解決法として、細胞を細胞親和性のゼラチンからなる分枝ハイドロゲル繊維と共培養、繊維が均一に分散した3次元細胞成形体を調製する。これにより、分枝ハイドロゲル繊維を用いた体内血管網構造を模倣を実現する。さらに、ハイドロゲル内に細胞増因子を含浸させ、成形体内部から因子を作用させるとともに、培養装置との組み合わせによって生理学的に細胞機能を増強する。
ゼラチンハイドロゲル分枝繊維を作製、それを熱脱水処理によって架橋した。架橋の程度によって繊維の分解性を制御することができた。また、作製条件を変えることで繊維径を数百ナノメータレベルにまで下げることができた。次に、マウス細胞株の3T3E1細胞を分枝ゼラチンハイドロゲル繊維とともに、細胞非接着性培養血上で培養することで、繊維を均一に含む3次元細胞成形体が調製できた。分枝ゼラチンハイドロゲル繊維を含まない3次元細胞成形体では、培養時間とともに成形体内部の細胞機能が低下、細胞が死滅した。これに対して、分枝ゼラチンハイドロゲル繊維を含ませた3次元細胞成形体内部では細胞の増殖が見られ、細胞のミトコンドリア活性の上昇が確認された。3次元細胞成形体培養時での分枝ゼラチンハイドロゲル繊維の添加量が3次元細胞成形体内部での繊維分布状態に影響を与えることがわかった。また、この分布状態によりミトコンドリア活性の違いが見られた。しかし、コロナ禍の下で、学会自体のキャンセルおよび延期があり、発表機会が少なく、成果の発表ができていない。