細胞ベースの人工関節の開発

• 研究課題/領域番号: 19791037
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 整形外科学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中山 功一 九大, 大学病院 (50420609)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,830千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 630千円); 2009年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2008年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 再生医学 / 細胞・組織 / 外科 / 移植・再生医療 / バイオテクノロジー

研究成果の概要

我々は細胞だけで立体構造体を作成し、損傷した組織に直接移植を可能とするセルデリバリーシステムを開発した。あわせて、任意の形状・曲面をもった生体材料の表面に厚みをもった細胞層をコーティングする技術も開発しており、今回、骨に穏やかに吸収・置換されるトリ燐酸系の素材と組み合わせることにより、すべて自分自身の組織に置き換わる細胞ベースの人工関節の開発を行うことを目的として、本研究をおこなった。3次元スキャナを用いて、家兎大腿骨遠位関節面の形状をスキャンし、3Dデータを得た。このデータをPC上のCADソフトウェア上で解析を行い、いくつかのデザインパターンを作成し、これをネガティブ化した形状のモールドを作成した。家兎から採取した未分化間葉系幹細胞を増殖させ、作成した3Dテンプレートであるα-TCPにコーティングを行い、そのままCO2インキュベーターで、培養を行った。おおよそ1カ月程度で想定した形状の厚みをもった細胞層がコーティングされた細胞+α-TCPの細胞構造体が得られた。しかし、未分化な幹細胞のみから形成されているため、この細胞+α-TCPの細胞構造体は、扱いが難しく、脆弱であるため、細胞層の脱落や、TCPのひび割れなど、動物実験に持ち込むにはいくつかの改善が必要であると思われた。おそらく、幹細胞が未分化なため、細胞外マトリクスがほとんどないため、細胞層の強度が全くないことと、細胞と培養液の交通性を高めるために設けたTCP内の微細孔の形状に問題があると予想した。そのため、最終年度はバイオリアクターを自作し、細胞単独層に培養液が循環できるシステムで培養したところ、従来に比べて大幅に強度が増した。今後早期の臨床応用が期待される。