力学的刺激負荷システムによる自家幹細胞からの軟骨再生

• 研究課題/領域番号: 14380401
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 北海道大学 (2004); 大阪大学 (2002-2003)
• 研究代表者: 高木 睦 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20263212)
• 研究分担者: 脇谷 滋之 信州大学, 医学部, 講師 (70243243) ; 吉田 敏臣 大阪大学, 生物工学国際交流センター, 教授 (00029290)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 15,000千円 (直接経費: 15,000千円); 2004年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円); 2003年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2002年度: 6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
• キーワード: 軟骨 / 三次元培養 / コラーゲンゲル / アグリカン / 圧力負荷 / 培養装置 / 力学的刺激 / 生体吸収性ポリマー

研究概要

体内の関節軟骨は周期的な力学的負荷を受けており、これが軟骨組織の発達に重要といわれている。本研究では力学的負荷の軟骨組織構築への利用を目指し、軟骨細胞の三次元培養物を培養容器の下にゲルを固定し、上下するテフロンピストンヘッドにより、任意の振幅(5〜40mm),速度(0〜100spm),周期(0〜1Hz),ゲルの変位(0〜2000μm),負荷時期(1min〜99h)で圧力を負荷できる装置を試作した。
動的負荷と静的負荷が三次元培養に与える影響について物理刺激バイオリアクターを用いて調べた。振幅、速度、ゲルの変位、負荷時期を一定とし、ゲルの変位25%とし、ゲルの高さ2mmに対して0.5mmの歪みをかけた。動的負荷の場合、周期をヒトの歩行スピードとほぼ等しい0.33Hzとした。その結果、グルコース消費速度が動的負荷では、コントロール、静的負荷と比べて2倍程度に増加したが、細胞数への影響は見られず、マトリックスmRNA発現量に関しては、減少する傾向が見られた。
次に、0.33Hzより低い周期(0.01Hz)での動的負荷が三次元培養(1週間)に与える影響を調べた。その結果、細胞数、グルコース消費速度、mRNA発現量に変化は認められなかった。最後に、短期間(24時間)の動的負荷と静的負荷が三次元培養に与える影響を調べた。しかし、細胞数、グルコース消費速度、mRNA発現量に変化は認められなかった。