2023 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研究を進めている。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。
今年度は、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した。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解明についてタイムラプスイメージングにより取り組んだ。
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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
これまでに、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、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している。当初想定を上回る進捗により、免疫応答や炎症性サイトカインに関わる細胞間での分子授受の存在がタイムラプスイメージングにより明確になったことから、当初計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果により、疾患状態の模倣や外場制御に応答した４D骨臓器の機能性変化を明確にしてきた。さらにその制御因子として複数の生物学的因子の同定にも成功している。今後はこれら配向化制御因子の発現を人為的に制御することで立体臓器の自発的形成機構を明らかにするとともに、骨代替材料として生体内で機能発現させるための方法論の確立を推進する。
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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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