Co-culture model with neurons and skeletal muscle tissue for reproduction of motor function declined by aging

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01779
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
• Research Institution: Waseda University (2023); The University of Tokyo (2021-2022)
• Principal Investigator: Morimoto Yuya 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60739233)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 昭太郎 中央大学, 理工学部, 助教 (20785349) ; 根岸 みどり (加藤みどり) 武蔵野大学, 薬学部, 助教 (30300750)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 組織工学 / 生体模倣モデル / 培養組織 / MEMS

Outline of Final Research Achievements

In this study, with the aim of realizing a neuro-skeletal muscle model to evaluate its motor function, we established a method to construct human neuro-skeletal muscle tissue that generates muscle contractions triggered by nerve signal transmission. Moreover, we also verified whether it is possible to construct the exercise model by combining the tissue and the device. As a result, we succeeded in the construction of a neuro-skeletal muscle tissue capable of contractions upon nerve stimulation and a swimming biohybrid robot by fusing it with a robotic skeleton. Furthermore, we produced elemental technologies such as culture devices, electrodes for electrical stimulation, and training devices to use human neuro-skeletal muscle tissue as a exercise model, indicating that we have succeeded in establishing a foundation for the evaluation of the motor function of neuro-skeletal muscle tissue.

Free Research Field

マイクロ工学、BioMEMS

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で生みだされた技術は、ヒト運動神経からの信号伝達によるヒト骨格筋組織の収縮運動を体外で評価することを可能にする。そのため、生物学分野や医学分野における神経による骨格筋組織の収縮制御のメカニズム理解や疾患および加齢時の運動機能変容の動態理解に貢献可能である。さらに、神経－骨格筋組織を駆動源とするバイオハイブリッドロボットの実現により収縮運動を工学的に利用可能なことも示しており、運動学やロボティクスの分野にも当該技術は大きく貢献可能である。以上のように、幅広い分野に応用可能な本研究の技術は大変意義深い研究成果であると考えられる。