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Fabrication of three-dimensional cerebral tissue using tissue engineering techniques

Research Project

Project/Area Number 19K23613
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0403:Biomedical engineering and related fields
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Akagi Yuka  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50849544)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords細胞工学 / 幹細胞 / 神経 / 大脳組織 / ティッシュエンジニアリング / 多能性幹細胞 / 大脳 / 灌流 / ティシュエンジニアリング / 脳 / 再生医療 / 組織工学
Outline of Research at the Start

“ミニブレイン”と呼ばれるヒト脳に似た立体構造を示す脳オルガノイドが注目されている。しかし、脳オルガノイドは無秩序な自己組織化により形成されるため方向性を持たず、ヒト脳とは似つかない歪な構造を示し、脳発生機構の解明等に向けた研究ツールへの応用を妨げている。本研究では、灌流型デバイスシステムにより、in vitroで3次元の組織構築を制御し、秩序ある脳組織を作成する。具体的には、iPS細胞由来の細胞を含む組織ゲルをデバイスに組みこみ、培地を送液することで細胞の分裂速度や移動方向を制御する。これにより誘導された組織は層構造を有すため、脳発生の理解、高度の薬物試験や疾患モデルへの応用が期待される。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to create cerebral tissue that reproduced even the origins and structure of the tissue. To achieve this goal, we conducted a combined study of induction technology of cerebral tissue from human iPS cells and tissue engineering technology using a three-dimensional device. First, an induction method from human iPS cells to cerebral tissue was established. Next, hydrogel conditions necessary for tissue construction were examined. Based on the differentiation method and gel conditions, we attempted to construct ordered tissues using a three-dimensional device that can be perfused. However, long-term culture was difficult due to shrinkage of the gel and flow paths, and the formation of structures unique to cerebral tissue could not be confirmed. Investigation of hydrogel suitable for long-term culture and redesign of the device are future issues.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、三次元デバイスによる秩序ある大脳組織の構築を行った。三次元デバイスを用いることで、従来の自己組織化によるオルガノイドと異なり、灌流により組織内に栄養素や酸素の濃度差が生じ、細胞の分裂速度や移動方向を制御できる。そのため、本技術により大脳に限らず中脳や小脳などにおいても、秩序ある組織の作製を可能にする。加えて、肺や膵臓など様々な組織への適応が期待できる。したがって、本研究により作製された組織モデルは発生原理や構造的意義の理解、創薬や再生医療へ用いることで、組織構造に異常をきたす発達障害や先天性疾患の解明、オーダーメイド医療も期待できるなど、基礎医学に資する新たな研究ツールとなる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Non-invasive cell classification using the Paint Raman Express Spectroscopy System (PRESS)2021

    • Author(s)
      Yuka Akagi, Nobuhito Mori, Teruhisa Kawamura, Yuzo Takayama, Yasuyuki S Kida
    • Journal Title

      Scientific reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 8818-8818

    • DOI

      10.1038/s41598-021-88056-3

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 細胞選別のためのラマン分光法の応用2021

    • Author(s)
      赤木祐香, 森宣仁, 髙山祐三, 木田泰之
    • Organizer
      第20回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Paint式ラマン分光顕微鏡によるヒトT細胞分画法の開発2020

    • Author(s)
      赤木祐香, 木田泰之
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 末梢神経系による膵β細胞の機能制御システムの構築2019

    • Author(s)
      赤木 祐香, 髙山 祐三, 木田 泰之
    • Organizer
      第 42 回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-09-03   Modified: 2023-01-30  

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