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3D動的マイクロ力学刺激による中枢神経回路網のアクティブ誘導制御・再生移植支援法

研究課題

研究課題/領域番号 16H04289
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 機械力学・制御
研究機関山形大学

研究代表者

小沢田 正  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10143083)

研究分担者 馮 忠剛  山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (10332545)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワードiPS細胞 / 分化・成長誘導制御 / 3次元ゲル包埋培養 / 超小型3次元振動ステージ / 3次元動的力学刺激 / 中枢神経細胞 / 3次元ニューロンネットワーク / 移植モデル / 分化・成長誘導 / 超小型3D振動ステージ / 3次元神経回路網 / ニューロン簡易移植モデル / 3D動的マイクロ力学刺激 / 移植性促進法 / 3D振動ステージ / 3D動的力学刺激 / 3D神経回路網構築 / 再生移植モデル / 3次元神経回路網構築 / 3次元動的力学刺激環境 / 移植性促進法開発 / 3D中枢神経回路網 / ゲル包埋培養法 / 移植適合性評価 / ニューロンネットワーク / 3D動的力学刺激 / 3D振動ステージ / 3Dマイクロアクチュエータ / 脊髄再生移植モデル
研究成果の概要

iPS細胞を用いた中枢神経系の再生移植治療に貢献するために,培養細胞に対し3次元の動的力学刺激を自在に付加し得るピエゾバイモルフカンチレバーを用いた超小型3D振動ステージシステムを新規開発した。これを独自のゲル包埋3D培養法と融合させることにより,3次元中枢神経回路網のアクティブ立体誘導制御・構築を可能とする革新的デバイスシステムを創製した。
構築された3次元中枢神経回路網を用いて,脊髄損傷再生移植治療を模擬する移植モデルの開発を試みた。次いで上記3D振動ステージを用い移植施術後のニューロンの生着性,連結融合性を促進する最適な3D動的力学刺激環境を明確化し,再生移植治療支援への有用性を確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

再生移植治療は,人類の医療の行方のみならず人間の生き方をも左右する重要な技術で,早期実用化が切望されている。本研究で開発を目指した3次元動的マイクロ力学刺激付加デバイスシステムによるiPS細胞からの中枢神経回路網立体誘導制御,移植適合性事前評価法は,脊髄損傷,パーキンソン病,ALSなど重篤な神経系難病の治療法開発に新たな糸口をもたらす点で,学術的にも社会的にも極めて意義が大きい。その根幹をなす「3次元動的力学刺激環境のアクティブ応用」という技術は今後,細胞,組織,臓器レベルにわたる全く新たな次元の操作,制御,計測,治療のための手段となり得る可能性を秘めている点で極めて大きな波及効果を有する。

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Fine control of endothelial VEGFR-2 activation: caveolae as fluid shear stress shelters for membrane receptors2019

    • 著者名/発表者名
      Shin, H, Haga, J.H., Kosawada, T., Kimura, K., Li, Y.S., Chien, S., Schmid-Schönbein, G.W.
    • 雑誌名

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      巻: 18 号: 1 ページ: 5-16

    • DOI

      10.1007/s10237-018-1063-2

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Novel Methods to Apply Micro Dynamic Stimulations on Cultured Adhesive Cells and Its Application in Constructing Gel-embedded Three-dimensional Neuronal Structures Differentiated From Human iPS Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Kosawada, Keita Ohnishi, Hiroaki Satoh, Zhonggang Feng, Kaoru Goto
    • 雑誌名

      Microsystem Technologies

      巻: 24-1 号: 1 ページ: 625-638

    • DOI

      10.1007/s00542-017-3399-4

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modulation of the mechanical properties of ventricular extracellular matrix hydrogels with a carbodiimide crosslinker and investigation of their cellular compatibility2018

    • 著者名/発表者名
      Fujita Kyohei、Feng Zhonggang、Sato Daisuke、Kosawada Tadashi、Nakamura Takao、Shiraishi Yasuyuki、Umezu Mitsuo
    • 雑誌名

      AIMS Materials Science

      巻: 5 号: 1 ページ: 54-74

    • DOI

      10.3934/matersci.2018.1.54

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Theoretical methods and models for mechanical properties of soft biomaterials2017

    • 著者名/発表者名
      Feng Zhonggang、Kosawada Tadashi、Nakamura Takao、Sato Daisuke、Kitajima Tatsuo、Umezu Mitsuo
    • 雑誌名

      AIMS Materials Science

      巻: 4 号: 3 ページ: 680-705

    • DOI

      10.3934/matersci.2017.3.680

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stress relaxation and stress-strain characteristics of porcine amniotic membrane2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Kikuchi, Zhonggang Feng, Tadashi Kosawada, Daisuke Sato, Takao Nakamura, Mitsuo Umezu
    • 雑誌名

      BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING

      巻: 27 ページ: 603-611

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A New In-Vitro Micro Transplantation System between 3-D Neuron Cells Colonies Differentiated from iPS Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kaneko, Tadashi Kosawada, Zhonggang Feng
    • 学会等名
      Smasys 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元ゲル包埋培養ヒト神経細胞の分化・成長に及ぼす動的力学刺激の影響2018

    • 著者名/発表者名
      藤巻 匠,赤間 広輔,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      Dynamics and Design Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] マウス神経細胞の簡易移植システム構築及び2018

    • 著者名/発表者名
      橘内 琢,佐藤 拓亮,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      Dynamics and Design Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ゲル包埋培養によるヒトニューロンの3次元的構造形成に及ぼす動的力学刺激の影響評価2017

    • 著者名/発表者名
      赤間 広輔,大西 敬太,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      Dynamics and Design Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マウスニューロンネットワーク間の融合に対する動的力学刺激の影響について2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 拓亮,登坂 勇紀,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      Dynamics and Design Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] iPS細胞の基礎と細胞培養技術及び実用化のためのニーズと課題2017

    • 著者名/発表者名
      小沢田 正
    • 学会等名
      R&D SUPPORT CENTER主催セミナー
    • 発表場所
      東京・江東区文化センター
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒト神経細胞コロニー間のニューロンネットワーク形成に及ぼす動的力学刺激の影響評価2016

    • 著者名/発表者名
      大西 敬太,菊池 駿佑,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      LIFE 2016
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 動的力学刺激環境及び包埋ゲル空間によるマウスニューロンネットワークの3次元的形成2016

    • 著者名/発表者名
      登坂 勇紀,金子 暢生,小沢田 正,馮 忠剛
    • 学会等名
      LIFE 2016
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Biomechanics of Collagen-Based Hydrogels as Tissue Engineering Scaffolds,2016

    • 著者名/発表者名
      Z. Feng, Y. K. Fujita, T. Kosawada, D. Sato, T. Nakamura, Y. Shiraishi, T. Kitajima, M. Umezu
    • 学会等名
      38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
    • 発表場所
      Orlando, FL, USA.
    • 年月日
      2016-08-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] iPS細胞の効率的な培養のための支援デバイスの開発2016

    • 著者名/発表者名
      小沢田 正
    • 学会等名
      技術情報協会主催セミナー
    • 発表場所
      東京・五反田,技術情報協会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 動物細胞培養・自動化におけるトラブル発生原因と対策(7-2:「細胞培養技術・機器・装置開発へのニーズと細胞の基礎」担当)2017

    • 著者名/発表者名
      小沢田 正
    • 総ページ数
      526
    • 出版者
      技術情報協会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] Kosawada "Biomechanics" Lab. Website

    • URL

      http://kosawada-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書 2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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