完全置換型人工肝臓開発に関する基礎的研究

• 研究課題/領域番号: 15686035
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 井嶋 博之 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (10274515)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円); 2004年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2003年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: 人工肝臓 / 肝細胞 / 繊維芽細胞増殖因子 / 徐放性スカッフォルド / 血管新生 / 肝機能発現 / ヒドロゲル / 共培養 / ゼラチン

研究概要

平成15年度に開発した遠心分離機を用いた肝細胞播種方法により肝細胞を固定化した塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)徐放性スカッフォルドを70%肝切除直後のラット腹腔内に移植した。移植1週間後には、bFGFを含まない対照群と比較してbFGF徐放性スカッフォルド内部への血管新生は2倍に増加し、さらに、生着肝細胞数は20倍以上であった。また、ヘマトキシリン・エオジン染色およびパス染色を用いた組織学的評価により、これら肝細胞は形態的にも機能的にも肝臓の特徴を保持していた。
しかしながら、上記の体内新生肝臓組織は生体肝臓に比べて肝細胞密度がはるかに及ばないものであった。これは血管新生までに週単位の時間がかかることと、新生した血管密度が生体肝臓のそれよりもはるかに低いことに起因している。そこで、生体由来のヒドロゲルを用いた血管構造体基材を開発し、このヒドロゲルスカッフォルドと血管内皮細胞を用いた毛細血管網構築を試みた。スカッフォルドによる小血管構造体構築と培養液の流通実験に成功すると同時に、ヒドロゲル内への血管内皮細胞の緻密な浸潤が確認でき、毛細血管網構築の可能性が示された。さらに、独自に開発した培養培地を用いることで、従来、オルガノイドと呼ばれる三次元細胞集塊培養以外では困難であった肝細胞の生体外機能発現と維持が可能となった。一方、肝細胞と骨髄細胞群との共培養によるさらなる肝機能発現とその維持を可能とした。
これらの成果から、生体外において血管網を有する肝臓組織体の基本構造を構築し、生体内へ適用可能な完全置換型人工肝臓開発のための基盤技術が構築できた。さらに、当該技術は生体外における有用物質生産や薬物代謝シミュレーターへの応用も可能であると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of liver specific functions of primary rat hepatocytes co-cultured with bone marrow cells on tissue culture treated polystyrene surfaces (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Ijima, S.Murakami, T.Matsuo, T.Takei, T.Ono, K.Kawakami
  • 雑誌名: Journal of Artificial Organs 7巻(in press)
  • NAID: 10016672826
• [雑誌論文] Development of co-cultured system of hepatocytes with bone marrow cells for expression and maintenance of hepatic functions (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami, H.Ijima, T.Ono, K.Kawakami
  • 雑誌名: International Journal of Artificial Organs 27巻2号 ページ: 118-126
• [雑誌論文] Hydrothermal synthesis of porous hydroxyapatite plates from gypsum : Use as an animal cell culture substratum (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Ijima, M.Nakashima, S.Furuta, T.Ono, K.Kawakami
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 37巻4号 ページ: 531-535
  • NAID: 10013340136
• [雑誌論文] Development of basic fibroblast growth factor sustained-releasable acidic gelatin-coated porous scaffold and its application to tissue engineering (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Ijima, T.Takei, K.Kawakami
  • 雑誌名: ASAIO Journal 50巻2号 ページ: 159-159
• [雑誌論文] Development of a transplantation method of hepatocytes with angiogenesis using porous scaffolds (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Ijima, T.Takei, K.Kawakami
  • 雑誌名: Proceedings of the Joint Meeting of the Tissue Engineering Society International and European Tissue Engineering Society ページ: 261-261
• [雑誌論文] Development of bFGF sustained-release bioabsorbable sponge and enhancement of angiogenesis in it (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Takei, H.Ijima, S.Sakai, T.Ono, K.Kawakami
  • 雑誌名: Proceedings of 10^<th> Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE) Congress
  • NAID: 130005052530
• [文献書誌] S.Murakami, H.Ijima, T.Ono, K.Kawakami: "Development of co-cultured system of hepatocytes with bone marrow cells for expression and maintenance of hepatic functions"International Journal of Artificial Organs. (印刷中).
• [文献書誌] H.Ijima, M.Nakashima, S.Furuta, T.Ono, K.Kawakami: "Hydrothermal synthesis of porous hydroxyapatite plates from gypsum : Use as an animal cell culture substratum"Journal of Chemical Engineering of Japan. (印刷中).