2022 Fiscal Year Research-status Report
4D printing of microstructurally organized bone-mimetic organ
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21K18183
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松垣 あいら 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10592529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石本 卓也 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (50508835)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Keywords | 4Dプリンティング / 人工臓器 / 骨配向性 / 骨機能制御 / 外場制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では骨制御の「3D」から「4D」への変革に挑戦し、配向化に基づく骨機能の本質理解を目指す。これまでにバイオプリンタによる配向化細胞積層化、さらにそれら細胞間での機能的な相互作用を実現してきた。骨複雑系を構成する異種細胞を単一細胞レベルで描画、細胞間での相互作用を制御しつつ、外的因子負荷をコントロールした動的配向化組織構築を目指して研究を遂行している。4D実現化のための解決策として、(A)バイオプリンタを用いた細胞積層化制御および(B)外的刺激への組織応答のin situ観察、機能性変化の定量的理解を両輪として、具体的には以下の研究成果を得た。
今年度は、外的刺激因子への3D配向化組織の応答（細胞分化、免疫応答やサイトカイン産生）について遺伝子・タンパク質レベルから解析を実施した。加えて、細胞間での動的相互作用に関して、免疫応答や炎症性サイトカインに関するシグナル分子の授受の解析を実施した。 具体的には、外的刺激への組織応答のin situ観察、機能性変化の定量的理解のために、生理学的運動を模倣したオステオサイトへのせん断刺激負荷、細菌・ウィルス感染および環境ストレスの人為的制御法の確立にとりかかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
バイオ3Dプリンタを駆使した細胞積層化により、複数種の骨系細胞を相互に連携させた立体構造をくみ上げ、骨の高次機能実現に向けて順調に進展している。当初の予定を上回り、細胞間相互作用の制御、シグナル伝達分子の授受をとらえることができたことから、「当初の計画以上に進展している」と自己評価する。具体的な項目ごとの進捗を以下に示す。◎：当初計画を上回り進捗、〇：当初計画通りに進捗 を意味する。
(i) 細胞間での動的相互作用の構築（◎）、(ii) 外的刺激因子への3D配向化組織の応答解明（◎）、(iii) 作製した配向化骨類似構造体の細胞・分子間相互作用の可視化（〇）
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに、バイオプリンティングによる配向化骨模倣組織の構築、さらに構築した立体臓器内部での細胞・分子相互作用の実現に成功している。今後は、外的刺激への組織応答のin situ観察、機能性変化の定量的理解のために、生理学的運動を模倣したオステオサイトへのせん断刺激負荷、細菌・ウィルス感染および環境ストレスの人為的制御法を確立する。特に、細胞間での動的相互作用に関して、免疫応答や炎症性サイトカインに関するシグナル分子の授受をタイムラプスイメージングにより解明する。
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| Causes of Carryover |
当初予定を上回り、4D骨臓器の生物分子学的解析が大幅に進んだことから、分担者が担当する結晶学的解析を次年度以降に重点的に行うこととした。今年度の未使用額は、単にこの時期の変更によるものである。未使用額も当初予定通り、次年度以降に結晶学的解析のための経費として執行する。
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