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バイオ3Dプリンタを用いたスキャフォールドフリー心筋組織体の薬理試験方法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 18K08763
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分55030:心臓血管外科学関連
研究機関富山大学 (2020)
佐賀大学 (2018-2019)

研究代表者

荒井 健一  富山大学, 医学部, 客員助教 (40752960)

研究分担者 下戸 健  福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (40412457)
中山 功一  佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードバイオ3Dプリンタ / ヒトiPS細胞由来心筋細胞 / 組織工学 / スキャフォールドフリー / 薬理学 / 動物実験代替法 / 心筋組織工学 / ヒトiPS由来心筋細胞
研究成果の概要

新薬開発に於いて心毒性や薬理応答性を評価する為に、ヒトiPS細胞由来心筋細胞を用いた3次元心筋組織体の開発は有用である。我々は、以前にバイオ3Dプリンタを用いて足場材料を使用せずに心筋組織体を作製する技術について報告してきた。本研究では、作製した心筋組織体の薬理応答性を評価する為に収縮力を測定する方法を開発した。我々は、剣山上に積層された心筋組織体が収縮する際の針の移動量を測定した。イソプロテレノール、プロプラノロール、ブレビスタチン、E-4031を添加した際の収縮力と拍動回数を測定した。その結果、開発した方法を用いることで心筋組織体の収縮力、薬理応答性を評価することが出来た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

医薬品、化粧品を開発する為には、動物実験が必要不可欠だが、動物とヒトの種差の違いから薬効が異なることが課題として挙げられており、ヒト細胞を用いた新しい動物実験代替法が強く望まれている。本研究で開発した手法は、3次元心筋組織体を作製する為に足場材料を使用していないこと、心筋組織体作製に用いる剣山の針を利用することで、収縮力を評価することが出来る為、収縮力に影響を及ぼす様な薬剤の薬理応答性を評価するのに有効だと考えている。医薬品販売に於いて、心毒性が開発中止の一番の要因になっていることから、本手法が確立出来れば、新薬開発に貢献できる為、社会的意義は非常に大きい。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Drug response analysis for scaffold-free cardiac constructs fabricated using bio-3D printer2020

    • 著者名/発表者名
      Arai Kenichi、Murata Daiki、Takao Shoko、Nakamura Anna、Itoh Manabu、Kitsuka Takahiro、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 8972-8972

    • DOI

      10.1038/s41598-020-65681-y

    • 関連する報告書
      2020 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] 2-Cl-C.OXT-A stimulates contraction through the suppression of phosphodiesterase activity in human induced pluripotent stem cell-derived cardiac organoids.2019

    • 著者名/発表者名
      Kitsuka T, Itoh M, Amamoto S, Arai KI, Oyama J, Node K, Toda S, Morita S, Nishida T, Nakayama K.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 14 号: 7 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0213114

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication of scaffold-free tubular cardiac constructs using a Bio-3D printer.2018

    • 著者名/発表者名
      Arai K, Murata D, Verissimo AR, Mukae Y, Itoh M, Nakamura A, Morita S, Nakayama K
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 13 号: 12 ページ: e0209162-e0209162

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0209162

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The addition of human iPS cell-derived neural progenitors changes the contraction of human iPS cell-derived cardiac spheroids.2018

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Mukae、Ryo Noguchi et al
    • 雑誌名

      Tissue and Cell

      巻: Available online 5 May 2018 ページ: 61-67

    • DOI

      10.1016/j.tice.2018.05.002

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Drug response of scaffold-free cardiac constructs fabricated using bio-3D printing2019

    • 著者名/発表者名
      Arai K, Murata D, Nakayama K
    • 学会等名
      International Conference on Biofabrication
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオ3Dプリンタにより作製した心筋組織体を用いた薬理応答性の検討2019

    • 著者名/発表者名
      荒井健一、村田大紀、中山功一
    • 学会等名
      第18回日本再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] バイオ3Dプリンタにより作製した心筋組織体を用いた薬理応答性の検討2018

    • 著者名/発表者名
      荒井健一、村田大紀、中山功一
    • 学会等名
      第18回 日本再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Drug response of scaffold-free cardaic constructs fabricated using bio-3D printing2018

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Arai, Daiki Murata, Koichi Nakayama
    • 学会等名
      5th TERMIS World Congress
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Bio-3D Printed Organs as Drug Testing Tools (Kenzan method for scaffold-free biofabrication)2021

    • 著者名/発表者名
      Arai K and Nakayama K
    • 総ページ数
      184
    • 出版者
      Springer Nature
    • ISBN
      9783030586881
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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