補助人工心臓となりうる外科的に移植可能な三次元心筋細胞構造体の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H03014
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 学 佐賀大学, 医学部, 助教 (50555084)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 心筋 / バイオ３Dプリンタ

Outline of Annual Research Achievements

我々は細胞の凝集体であるスフェロイドを任意の形態に積層することで、足場材料を使用せずに、細胞のみで3次元組織を作製出来る「バイオ3Dプリンタ」を開発してきた。本研究では上記の技術を用いて、人工心臓に代わる新しい治療法を確立する為にヒトiPS由来心筋細胞構造体の作製に取り組んだ。令和３年度は、ヒト心筋構造体の拍動能力の向上、および心筋細胞構造体の形状を安定化のためのPDMS薄膜の形成に取り組んだ。

従来のヒト心筋細胞構造体の作成方法では、３Dプリンタで構築してから2週間程度で拍動機能が低下する。拍動機能の向上のため、心筋細胞構造体を構成するヒトiPS由来心筋細胞、ヒト心臓由来線維芽細胞の比率、および立体化方法についての見直しを行った。その結果、拍動機能を2ヶ月程度まで保つことに成功した。一方で新しい作成法の心筋細胞構造体は、強度の面で非常に脆弱であるため、生体に移植するためには立体化方法の改善、および移植方法について改善の余地がある。

また、心筋細胞構造体は培養期間の長さに伴って形状が変化することがわかっており、生体移植の際の適合性の面で問題となる。このため、心筋細胞構造体の形状の安定化を試みた。進展式のPDMS薄膜の足場として、チューブ状の心筋細胞構造体に対して進展培養を行ったところ、チューブの内腔側の形状については安定化できたものの、チューブ外周部の変形、およびチューブの長軸方向の短縮については抑制できず、細胞構造体の形状の安定化には至らなかった。細胞構造体の形状の安定化については引き続き改善を行っていきたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新しい作成法の心筋細胞構造体は、強度の面で非常に脆弱であるため、生体に移植するためには立体化方法の改善、および移植方法について改善の余地がある。

Strategy for Future Research Activity

心筋細胞構造体は培養期間の長さに伴って形状が変化することがわかっており、生体移植の際の適合性の面で問題となる。このため、心筋細胞構造体の形状の安定化を試みた。進展式のPDMS薄膜の足場として、チューブ状の心筋細胞構造体に対して進展培養を行ったところ、チューブの内腔側の形状については安定化できたものの、チューブ外周部の変形、およびチューブの長軸方向の短縮については抑制できず、細胞構造体の形状の安定化には至らなかった。細胞構造体の形状の安定化については引き続き改善を行っていきたい。