| Project/Area Number |
22K18931
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
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| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
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Principal Investigator |
高橋 宏信 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (00710039)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 培養肉 / 細胞性牛肉 / ウシ筋細胞 / 配向制御 / 3次元組織 / 骨格筋 / 組織工学 / SDGs |
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| Outline of Research at the Start |
SDGs(持続可能な開発目標)に対する取り組みが注目を集める中、将来的な食糧危機に向けて、細胞培養技術によって食肉を生産しようとする、「培養肉」の生産技術が注目されている。組織工学技術を駆使して“本物”の食肉を家畜に頼らず生産するためには、①構造及び機能を含む医学的・生理学的にも生体を模倣した筋組織の作製、②それら成熟した筋組織の「食するに足りる」サイズへのスケールアップ、③大型筋組織の安定した供給体制、を実現する手法の確立が求められる。本研究では、組織工学技術を駆使してミクロ構造から組織サイズに至るまで高度に生体を模倣した“本物”の培養肉を作製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までにウシ筋細胞をフィブリンゲルに内包し、ゲルを伸展させることで配向した筋線維からなるウシ筋組織を作製することに成功した。さらに、本研究の重要なテーマである細胞の高密度化を実現するためにゲルを意図的に分解させる手法について検討し、再現性良くゲルを分解させる条件を確立した。その結果、高密度に筋線維が配向した構造を形成させることに成功したが、ゲルが分解することで組織のサイズは小さくなるため、もうひとつの重要なテーマであるスケールアップの手法を同時に検討した。本手法により作製したウシ筋組織はゲル分解前であれば操作しやすいため、この組織を複数作製し順に巻きつけることで簡便な組織のスケールアップを目指した。基本的に巻きつけられる組織の数に限界はなく、現状は10層重ねた組織まで作製可能であることを実証している。その結果、数ミリオーダーの厚みを持つウシ筋組織を作製することに成功した。通常、このような厚い組織を簡便に作製する場合にはゲル成分が多くを占める構造になっているケースが多い。本研究では高密度な組織を作製することに重点を置いているため、組織切片を免疫染色することで細胞成分の密度を確認した。その結果、5層組織（1-2mmの厚み）では各層が一体化した組織ができており、組織内の筋線維は高密度に形成されていることが確認できた。一方、10層組織内では筋線維に発現するミオシン重鎖がほとんど染色されていなかったことから、細胞成分は高密度であるが筋線維と呼べる状態まで成長していないことが推察された。
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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
初年度に筋線維の配向制御を実現し、今年度はそれをさらに高密度にする技術を確立している。ゲルの分解制御というユニークな手法によって筋線維が高密度に配向した構造を形成することに成功しており、この組織をスケールアップするという目標についてもある程度の成果は得ている。今後さらに厚い組織を構築するにあたって課題があることも確認されているが、当初の目標に関しては達成できたことから、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は今年度確認された厚い組織内で筋線維が十分に成長しないという課題を解決することを目指す。通常、厚い組織の内部に栄養・酸素が十分に届かないことが組織のスケールアップにおいて問題になるケースが多いが、免疫染色の結果、本研究においては10層組織の表面周辺でも同様に筋線維の成長度が低いことが確認されていることから、組織内部の細胞が壊死していることが原因ではないと考えている。まずは、この課題をクリアすることで、筋組織として十分に成長した10層以上の組織を作製する。また、生体を模倣した筋組織であることに重点を置いているため、細胞の高密度化だけでなく、その結果作製される組織の機能的な評価も行う。具体的には、電気刺激によって生じる筋収縮を観察することで、組織の機能面の成熟度を測る評価指標とする。最終的に、収縮能を持つまで成長した筋線維が高密度に形成されている筋組織をミリメートルオーダーで作製することで、生体模倣性に着目した培養肉作製技術を確立する。
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