Fabrication of biological arterial graft for congenital heart disease

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26670506
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 横山 詩子 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (70404994)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 郷田 素彦 横浜市立大学, 附属病院, 講師 (30644570) ; 安田 章沢 横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 助教 (20468169) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 再生医療 / 循環器・高血圧 / 平滑筋 / 人工血管

Outline of Annual Research Achievements

先天性心疾患の外科治療では人工血管が多く使用されており、小児に理想的な人工血管とは、異物の残存や石灰化がなく、成長する可能性があるものと考えられている。さらに動脈グラフトには体血圧に耐えられる高い弾性が必要である。しかしながら理想的な動脈グラフトは近年の顕著な再生医学の進歩にも関わらずいまだ実現していない。我々は先行研究で、ラット大動脈平滑筋細胞に細胞外基質の薄膜を作ることで細胞を積層し、高い弾性を有する多層の三次元平滑筋細胞シートを作製することに成功した。先行研究の技術をもとに、本研究ではヒト臍帯動脈平滑筋細胞を用いて生体素材のみからなる小児用の新規動脈グラフトを開発することを目的とした。ラット新生児大動脈平滑筋積層細胞体の厚みは15層の場合約200 マイクロメートルとなった。重層された細胞シートの弾性をDMT社のティッシュープラーを用いて張力を測定した。この２方向の引っ張り試験より、この平滑筋細胞積層体の張力はマウス大動脈の中膜とほぼ同等であることが確認された。ラットの細胞シートはチューブ状に加工することで、チューブグラフトとして移植することができ、張力測定により、破断圧力も1400 mmHgを超えることがわかった。さらに、ヒトへの応用に向けて、ヒト臍帯血管平滑筋細胞を同様の方法で積層することに成功した。ヒトの細胞シートはパッチグラフトとしてヌードラットに移植し、３か月までの開存を確認することができた。

Research Products

• [Journal Article] Arterial graft with elastic layer structure grown from cells. (2017)
  • Author(s): Yokoyama U, Tonooka Y, Koretake R, Akimoto T, Gonda Y, Saito J, Umemura M, Fujita T, Sakuma S, Arai F, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 1 Pages: 140
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00237-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pathology and Molecular Mechanisms of Coarctation of the Aorta and its Association with the Ductus Arteriosus. (2017)
  • Author(s): Yokoyama U, Ichikawa Y, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • Journal Title: J Physiol Sci. Volume: 67 Pages: 259-270
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0512-x
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhanced EP4 Expression in a Pulmonary Artery Aneurysm with Dissection in a Patient with Pulmonary Arterial Hypertension. (2016)
  • Author(s): Akagi S, Nakamura K, Yokoyama U, Kasahara S, Sarashina T1, Ejiri K, Sano S, Ito H.
  • Journal Title: Cardiovasc Imaging Volume: 10 Pages: e005839
  • DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.116.005839.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glutamate promotes contraction of the rat ductus arteriosus. (2016)
  • Author(s): Fujita S, Yokoyama U, Ishiwata R, Aoki R, Nagao K, Masukawa D, Umemura M, Fujita T, Iwasaki S, Nishimaki S, Seki K, Ito S, Goshima Y, Asou T, Masuda M, Ishikawa Y. Glutamate promotes contraction of the rat ductus arteriosus.
  • Journal Title: Circ J Volume: 80 Pages: 2388-2396
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Use of Three-Dimensional Arterial Models To Predict the In Vivo Behavior of Nanoparticles for Drug Delivery. (2016)
  • Author(s): Chetprayoon P, Matsusaki M, Yokoyama U, Tejima T, Ishikawa Y, Akashi M.
  • Journal Title: Angew Chem Int Ed Engl. Volume: 55 Pages: 4461-4466
  • DOI: 10.1002/anie.201509752.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] In vitro fabrication of functional arterial graft by supraphysiological hydrostatic pressurization. (2017)
  • Author(s): Yokoyama U, Saito J, Sakuma S, Arai F, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 81th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
  • Place of Presentation: 石川音楽堂（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [Presentation] ON-CHIP CELL GYM. (2017)
  • Author(s): Horade M, Kaneko M, Tsai CHD, Ito H, Higashino N, Akai T, Yokoyama U, Ishikawa Y, Sakuma S, Arai F.
  • Organizer: The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
  • Place of Presentation: Las Vegas, USA
  • Year and Date: 2017-01-22 – 2017-01-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional arterial graft fabricated from pressurized cell-layers. (2016)
  • Author(s): Ishikawa Y, Yokoyama U,Gonda Y, Akimoto T, Sakuma S, Arai F, Kaneko M.
  • Organizer: European Society of Cardiology
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 2016-08-27 – 2016-08-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-vitro fabrication of scaffold-free arterial grafts by periodic hydrodynamic pressurization. (2016)
  • Author(s): Yokoyama U, Tonooka Y, Koretake R, Akimoto T, Sakuma S, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • Organizer: International and Interdisciplinary Symposium 2016
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学（東京都）
  • Year and Date: 2016-07-11 – 2016-07-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞工学による動脈グラフトの開発 (2016)
  • Author(s): 横山 詩子, 石川 義弘
  • Organizer: 第19回小児心血管分子医学研究会
  • Place of Presentation: 東京ドームホテル（東京都）
  • Year and Date: 2016-07-06 – 2016-07-06
  • Invited
• [Presentation] Cell Exerciseによる細胞組織構築法はなぜいいのか (2016)
  • Author(s): 横山詩子
  • Organizer: 第２８回阪大医療組織工学フォーラム
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2016-06-13 – 2016-06-13
  • Invited
• [Presentation] The behavior of cells during Cell Exercise. (2016)
  • Author(s): Higashino N, Kaneko M, Yokoyama U, Ishikawa Y
  • Organizer: ROBOMECH2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-08 – 2016-06-11
• [Presentation] The behavior of different cell groups after the partition wall removal. (2016)
  • Author(s): Taniguchi T, Kaneko M, Yokoyama U.
  • Organizer: ROBOMECH2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-08 – 2016-06-11
• [Remarks] 横浜市立大学医学部循環制御医学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seiri1/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元組織体及びその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • Industrial Property Rights Holder: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: JP2015-541635
  • Filing Date: 2016-04-08
• [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元組織体及びその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • Industrial Property Rights Holder: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 15/028,204
  • Filing Date: 2016-04-10
  • Overseas