自己支持性高分子ナノ薄膜からなる革新的細胞デリバリー担体の創製

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25870050
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 藤枝 俊宣 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (70538735)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 生体材料 / 生体組織工学 / 細胞移植療法 / 加齢黄斑変性症 / 網膜色素上皮細胞 / 高分子ナノ薄膜 / ナノシート / 微細加工

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、狭小な眼底下等の生体組織下へ効果的に細胞を送達するために、柔軟かつ拒絶反応の少ない自己支持性高分子超薄膜（ナノ薄膜）からなる細胞デリバリー担体の創製を目指す。平成26年度の成果は以下のとおりである。
(1) 細胞担持ナノ薄膜の機能評価: 平成25年度で作製に成功した細胞担持ナノ薄膜に関して、ナノ薄膜上での網膜色素上皮細胞(RPE細胞)の分化挙動、および、医療用シリンジによる吸出し操作前後での細胞生存率を評価した。RPE細胞とナノ薄膜を異なる蛍光色素で各々染色したところ、ナノ薄膜上でRPE細胞が単層組織を形成することが見出された。この時、単層組織中のZO-1タンパク質を免疫染色にて可視化したところ、RPE細胞に特徴的なタイトジャンクションの形成が認められた。
(2) 医療用シリンジによる細胞担持ナノ薄膜の吸出し試験: RPE細胞担持ナノ薄膜(直径 400 μm)を25 G針で吸引・射出したところ、針管内における力学的ストレス負荷にも関わらず、吸出し前後で細胞生存率に大きな変化が生じないことが明らかになった。また、異なる直径を有するナノ薄膜(直径 300-1000 μm)を用いた場合の細胞生存率を評価したところ、ナノ薄膜の直径に関わらず、吸出し前後で80%以上の細胞生存率を維持することに成功した。
(3) 動物実験による網膜下への細胞担持ナノ薄膜の移植および操作性の評価: ブタ網膜下にナノ薄膜を注入したところ、ナノ薄膜は網膜下で円盤状に展開し、黄斑部近傍に生着する様子が認められた。さらに、RPE細胞担持ナノ薄膜をラット網膜下へ移植したところ、病理組織切片観察より層状の細胞集団が黄斑部に観察された。以上より、ナノ薄膜は、網膜のような狭小な生体組織下に対する細胞移植手術において、移植細胞の構造および機能を保持する担体として有用であることが示された。

Remarks

(1),(2): 早稲田大学の所属研究室および学内関連研究所のホームページ
(3),(4): 前所属機関(東北大学原子分子材料科学高等研究機構)が発行する研究紹介用オンラインコンテンツ"AIMResearch"

Research Products

• [Journal Article] Spatial coordination of cell orientation directed by unique nanoribbon sheets. (2015)
  • Author(s): Fujie, T., Shi, X., Ostrovidov, S., Liang, X., Nakajima, K., Chen, Y., Wu, H., Khademhosseini, A.
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 53 Pages: 86-94
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2015.02.028
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three-dimensional co-culture of C2C12/PC12 cells improves skeletal muscle tissue formation and function. (2014)
  • Author(s): Ostrovidov, S., Ahadian, S., Ramon-Azcon, J., Hosseini, V., Fujie, T., Prakash Parthiban, S., Shiku, H., Matsue, T., Kaji, H., Ramalingam, M., Bae, H., Khademhosseini, A.
  • Journal Title: Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1002/term.1956
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myotube formation on gelatin nanofibers - multiwalled carbon nanotubes hybrid scaffolds. (2014)
  • Author(s): Ostrovidov, S., Shi, X., Zhang, L., Liang, X., Kim, S-B., Fujie, T., Ramalingam, M., Chen, M., Nakajima, K., Al-Hazmi, F., Bae, H., Memic, A., Khademhosseini, A.
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Pages: 6268-6277
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.04.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Periosteum-mimetic structures made from freestanding microgrooved nanosheets. (2014)
  • Author(s): Shi, X., Fujie, T., Saito, A., Takeoka, S., Hou, Y., Shu, Y., Chen, M., Wu, H., Khademhosseini, A.
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 26 Pages: 3290-3296
  • DOI: 10.1002/adma.201305804
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Skeletal muscle tissue engineering: Methods to form skeletal myotubes and their applications (2014)
  • Author(s): Ostrovidov, S., Hosseini, V., Ahadian, S., Fujie, T., Prakash Parthiban, S., Ramalingam, M., Bae, H., Kaji, H., Khademhosseini, A.
  • Journal Title: Tissue Engineering, Parts B Volume: 20 Pages: 403-436
  • DOI: 10.1089/ten.TEB.2013.0534
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞外マトリックスを規範とする高分子ナノシートの創製と生体組織工学への応用 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume: 71 Pages: 408-417
  • DOI: 10.1295/koron.71.408
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 再生医療を指向したバイオニックナノ薄膜の創製 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣
  • Journal Title: 化学と工業 Volume: 67 Pages: 996-997
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 導電性高分子ナノシートの構築とフレキシブル皮膚電極への応用 (2015)
  • Author(s): 藤枝 俊宣, 山岸 健人, 岡本 麻鈴, 武岡 真司.
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会(2015)
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 高分子ナノシート上への金属配線のインクジェット印刷 (2015)
  • Author(s): 岡本 麻鈴, 黒飛 みずほ, 山岸 健人, 村田 篤, 藤枝 俊宣, 岩瀬 英治, 岩田 浩康, 武岡 真司.
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会(2015)
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 高分子ブレンドを利用したナノシートからの薬物徐放制御 (2015)
  • Author(s): 西脇 圭亮，藤枝 俊宣，藤井 真央, 武岡 真司.
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会(2015)
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 生体適合性ナノシートにおけるシート形状制御 (2015)
  • Author(s): 新保 創太，藤枝 俊宣，岩瀬 英治.
  • Organizer: 日本機械学会 関東学生会第54回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] 先端医療分野への応用を目指した高分子ナノシートの開発 (2015)
  • Author(s): 藤枝 俊宣.
  • Organizer: 帝人21世紀フォーラム
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-11
  • Invited
• [Presentation] Development of freestanding microgrooved nanosheets with periosteum-mimetic structure. (2014)
  • Author(s): Fujie, T., Shi, X., Ostrovidov, S., Wu, H., Khademhosseini, H., Takeoka, S.
  • Organizer: Materials Today Asia 2014
  • Place of Presentation: HongKong
  • Year and Date: 2014-12-09 – 2014-12-12
• [Presentation] 骨膜様微細溝構造を有する高分子ナノシートの開発 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣, Shi Xuetao, Ostrovidov Serge, 武岡 真司, Khademhosseini Ali.
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [Presentation] ラット眼球網膜下への細胞担持ナノシートデリバリー (2014)
  • Author(s): 森 好弘, 藤枝 俊宣, 永井 展裕, 西澤 松彦, 阿部 俊明, 梶 弘和.
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [Presentation] Flexible Skin-contact electrodes for recording biological electrical signals. (2014)
  • Author(s): Fujie, T.
  • Organizer: 2nd Symposium on the Institute of Advanced Active Aging, Waseda University
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2014-10-16 – 2014-10-17
  • Invited
• [Presentation] 導電性ナノシートの構築と皮膚電極としての特性評価 (2014)
  • Author(s): 山岸 健人, 藤枝 俊宣, 武岡 真司.
  • Organizer: 第4回CSJ化学フェスタ2014
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [Presentation] Fabrication of Micropatterned Polymeric Nanosheets for Local Delivery of an Engineered Epithelial Monolayer. (2014)
  • Author(s): Fujie, T., Mori, Y., Nishizawa, M., Nagai, N., Abe, T., Khademhosseini, A., Kaji, H.
  • Organizer: JSPS A3 Foresight International Symposium on Nano-Biomaterials and Regenerative Medicine
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-09
• [Presentation] Development of Hierarchical Cellular Organization from Ultra Thin Macroporous Poly(lactic acid) Films. (2014)
  • Author(s): Suzuki, S. Fujie, T., Takeoka, S.
  • Organizer: JSPS A3 Foresight International Symposium on Nano-Biomaterials and Regenerative Medicine
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-09
• [Presentation] 微細加工技術を用いた高分子ナノシートの機能化と組織工学応用 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣, Shi Xuetao, Ostrovidov Serge, Khademhosseini Ali, 武岡 真司.
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 薬物担持ナノシートの構築と創傷被覆材としての評価 (2014)
  • Author(s): 武岡 真司, 伊藤 佳祐, 藤枝 俊宣, 木下 学, 宮崎 裕美, 斎藤 大蔵.
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Calix crown 誘導体からなる高分子ナノシートの構築 (2014)
  • Author(s): 佐藤 克典, 野口 元, 浅尾 幸平, 村田 篤, 藤枝 俊宣, 長瀬 裕, 武岡 真司.
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Bionic Nanomembranes Towards Wearable Electronics. (2014)
  • Author(s): Fujie, T.
  • Organizer: The 75th JSAP Annual Meeting 2014: Innovation in R&D of the Flexible Electronics -Toward the Inorganic Flexible Devices-
  • Place of Presentation: Sapporo
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
  • Invited
• [Presentation] Engineered nanomembranes towards flexible bioelectronics. (2014)
  • Author(s): Fujie, T.
  • Organizer: The 15th Joint Symposium between the University of Bonn and Waseda University on ‘Metabolic Sensing: Biology and Nano-Medicine’.
  • Place of Presentation: Chiba
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-14
• [Presentation] 皮膚電極に向けた導電性ナノシートの作製 (2014)
  • Author(s): 山岸 健人, 藤枝 俊宣, 武岡 真司.
  • Organizer: 第9回相模ケイ素・材料フォーラム
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2014-08-28
• [Presentation] Micropatterned polymeric nanosheets for local injection of an engineered epithelial monolayer. (2014)
  • Author(s): Fujie, T., Mori, Y., Nishizawa, M., Nagai, N., Abe, T., Khademhosseini, A., Kaji, H.
  • Organizer: 248th ACS National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-14
• [Presentation] Fabrication and evaluation of free-standing macroporous poly(lactic acid) nanosheets. (2014)
  • Author(s): Suzuki, S., Fujie, T., Zhang, H., Takeoka, S.
  • Organizer: 248th ACS National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-14
• [Presentation] 機能性高分子ナノシートの開発と生体組織工学への応用 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣.
  • Organizer: 14－1 超分子研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-05-14
  • Invited
• [Presentation] 高分子ナノシートからなる医療材料：ナノ絆創膏の開発 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣.
  • Organizer: 第8 回ナノ・バイオメディカル学会大会
  • Place of Presentation: 和歌山
  • Year and Date: 2014-05-02
  • Invited
• [Presentation] Injectable Micropatterned Polymeric Nanosheets for Local Delivery of an Engineered Epithelial Monolayer. (2014)
  • Author(s): Fujie, T., Mori, Y., Nishizawa, M., Nagai, N., Abe, T., Khademhosseini, A., Kaji, H.
  • Organizer: 2014 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [Book] 「高分子ナノシートの柔軟性と密着性を利用した「ナノ絆創膏」の開発と医療応用（第3章18節）」生体模倣技術と新材料･新製品開発への応用 (2014)
  • Author(s): 藤枝 俊宣, 木下 学.
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] Development of Nanosheet Technology Towards Advanced Nanomedical Engineering (ch. 6), in Nanobiotechnology (2014)
  • Author(s): Fujie, T., Takeoka, S.
  • Total Pages: 27
  • Publisher: One Central Press
• [Remarks] 早稲田大学 生体分子集合科学研究室
  • URL: http://www.takeoka.biomed.sci.waseda.ac.jp/
• [Remarks] 早稲田大学 アクティヴ・エイジング研究所
  • URL: http://www.kikou.waseda.ac.jp/jyuten/WSD322_open.php?KikoId=06&KenkyujoId=7J&kbn=0
• [Remarks] バイオマテリアル: 移植用細胞を低侵襲的に送り届けるナノカーペット
  • URL: http://research.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jpn/research/811
• [Remarks] バイオマテリアル: 細胞を整列させる
  • URL: https://research.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jpn/research/775
• [Patent(Industrial Property Rights)] 形状制御されたナノシート及びその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 岩瀬英治,新保創太,武岡真司,藤枝俊宣,梶 弘和,阿部俊明
  • Industrial Property Rights Holder: 岩瀬英治,新保創太,武岡真司,藤枝俊宣,梶 弘和,阿部俊明
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-043990
  • Filing Date: 2015-03-05