2015 Fiscal Year Research-status Report
三次元培養スキャフォルドを用いた血管新生制御による生体硬組織の再生
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26750161
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
本田 みちよ 明治大学, 公私立大学の部局等, 研究員 (20384175)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / スキャドルド / 骨再生 / 血管新生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では生体硬組織の再生を実現させるために、既存材料の中では最も優れた生体活性を示す水酸アパタイト(HAp)からなる多孔質スキャフォルド(Apatite-fiber Scaffold; AFS)を創製し、三次元的な構造を有する骨組織を構築することを目的としている。さらに、骨再生過程における血管新生制御の重要性に注目し、血管新生能を有するタンパク質を担持させたスキャフォルドを創製し、血管誘導能を有する足場材料の開発を目指している。平成26年度における研究成果により、溶解性と微細構造の異なるスキャフォルドを創製することが可能となり、作製したスキャフォルドを用いて、生物学的評価を実施した結果、in vitro, in vivo試験において、細胞は良好な増殖を示し、骨分化の進行、新生骨の形成も観察された。平成27年度は平成26年度に良好な細胞増殖性を示したスキャフォルドを用いて、in vitro, in vivo試験を実施した。in vitro試験では、血管内皮細胞と骨芽細胞をスキャドルド内で共培養した結果、スキャフォルド内部への血管侵入および骨形成能が促進されることを明らかにした。また、血管新生を促進させる因子をHApへ吸着させることで、細胞の接着性が促進することを確認した。さらに、ウサギを用いたin vivo試験では、血管新生能を有するタンパク質を担持させたスキャフォルドは拒絶反応を示すことなく、良好な生体適合性を示すことを明らかにした。今後は、in vivo試験における血管侵入性についてより詳細に解析し、血管新生および骨形成において有用なスキャフォルドの微細構造形態を明らかにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、水酸アパタイト(HAp)からなる気孔率の異なる多孔質スキャフォルドApatite-fiber Scaffold (AFS)を用いて、血管内皮細胞と骨芽細胞を共培養することにより血管新生能を評価した。その結果、気孔率95-98%のスキャフォルドにおいて、骨芽細胞と共培養した血管内皮細胞は毛細血管様構造を形成し、スキャフォルド内へ血管が侵入することが分かった。また、骨芽細胞は血管内皮細胞と共存することにより、骨分化レベルが著しく促進されることが明らかになった。特に、微細な気孔(数十マイクロ程度のミクロ気孔)において、より骨分化が促進される傾向が認められた。これらの結果から、AFSは血管の侵入が可能で、骨芽細胞と血管内皮細胞が直接的に相互作用することが可能な三次元的な空間を提供していることが明らかになった。
また、血管新生を促進させるために、今年度は、connective tissue growth factor (CCN2/CTGF)に注目し、HApへこれを担持させた。その結果、CTGF担持HApは骨芽細胞の接着性を向上させる傾向にあることが分かった。さらに、このCTGFを担持させたスキャフォルドを作製し、ウサギの脛骨へのインプラント実験を実施した結果、良好な細胞増殖性を示すことも明らかになった。血管侵入性や骨分化レベルの観点から、再生培養骨創製における最適なスキャフォルドの構造を決定する必要性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は本研究課題の最終年度に当たるため、平成26,27年度で作製したスキャフォルドの中から、最も高い骨誘導能および最も高い血管新生能を示したスキャフォルドを選択し、両者の特徴を併せ持つスキャフォルドの微細構造を決定する。In vitro試験では、得られたスキャフォルドにおいて、血管内皮細胞および骨芽細胞を共培養する。この際、骨形成能を亢進させるために、平成26年度に検証したphysicalな修飾(還流培養条件を変更させ、応力を制御) を加えた条件下で細胞を培養し、骨芽細胞の活性化を図る。Chemical, Topological, Physicalな修飾を加えた状態で、骨誘導能および血管新生能をin vitro, in vivoにおいて生物学的に評価する。なお、高い骨誘導能を誘引する培養条件が高い血管新生能を誘導するのか、または、高い血管新生能を誘引する条件が、高い骨誘導能を示すのかという両者の関係についても明らかにし、創製したスキャフォルドにおいて、骨再生と血管新生との関係を解明した上で、三次元的な構造を有する骨組織を再生する技術を構築する。
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| Causes of Carryover |
動物飼育場所の都合で動物実験の実施時期が遅くなってしまったため、サンプルの作製依頼も遅延してしまった。サンプルの作製を今年度中に依頼すると、完成時は年度を跨いでしまうことになったので、次年度にサンプル作製を依頼するよう、変更したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
動物実験の切片作製。
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Research Products
(6 results)
