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バイオ3Dプリンタにより創出する靭帯組織体を用いて靭帯再建を目指す研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K18503
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分56020:整形外科学関連
研究機関佐賀大学

研究代表者

村田 大紀  佐賀大学, 医学部, 助教 (00772683)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード靭帯再建 / バイオ3Dプリンタ / 自動伸展循環培養容器 / 靭帯組織体 / 細胞構造体 / iPS細胞由来間葉系幹細胞 / 脂肪組織由来間葉系幹細胞 / 靭帯損傷 / 靭帯分化誘導
研究開始時の研究の概要

靭帯断裂に対する再生医療の応用として近年,in vitroにおいて作製した靭帯様構造物を移植する方法が,実験的に試されている。しかし,靭帯様構造物には人工材料が用いられており,長期にわたる異物反応や自己組織化の阻害など,そこには多くの問題が存在する。そこで申請者はまず,人工材料を用いることなく,これまで開発に携わってきたバイオ3Dプリンタを用いることで,iPS細胞由来間葉系幹細胞からなる,未分化な立体細胞構造体を作製することにした。その後,独自に開発した自動伸展培養容器を用いて,in vitroで靭帯組織へと分化誘導し,靭帯組織体を創出することで,新たな靭帯再建技術の確立を目指すこととした。

研究成果の概要

本研究は,靭帯損傷に対する新たな治療法の確立を目的に,バイオ3Dプリンタにより造形する細胞構造体を用いて,腱・靭帯を再建する計画であった。そこでまず,ウサギ脂肪幹細胞から成る構造体を造形し,膝蓋腱に作製した欠損部に自家移植することで,移植後の時間経過と共に構造体が腱へと組織学的に近似する傾向を確認することに成功した。さらに,主にヒトiPS細胞由来間葉系幹細胞から成る構造体を造形し,自作の自動伸展循環培養容器を用いて培養することで,靭帯組織に類似する力学的特性を有した靭帯組織体を創出することにも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により,脂肪幹細胞から成る細胞構造体をウサギ膝蓋腱の欠損部に移植することで,時間経過と共に腱組織に近似していく傾向が認められた。また,主にiPS細胞由来間葉系幹細胞から成る細胞構造体を,自作の自動伸展循環培養容器で培養することにより,靭帯に類似する組織体を創出することにも成功した。以上より,バイオ3Dプリンタにより造形した幹細胞構造体を用いることで,生体内および生体外において,腱および靭帯を創出できる可能性が示唆され,科学技術的のみならず,社会的および経済産業的にも,大きな影響を及ぼすことが予想される。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件) 図書 (2件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] インド工科大学ハイデラバード校(インド)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Osteochondral regeneration of the femoral medial condyle by using a scaffold-free 3D construct of synovial membrane-derived mesenchymal stem cells in horses2022

    • 著者名/発表者名
      Murata Daiki、Ishikawa Shingo、Sunaga Takafumi、Saito Yasuo、Sogawa Takeshi、Nakayama Koichi、Hobo Seiji、Hatazoe Takashi
    • 雑誌名

      BMC Veterinary Research

      巻: 18 号: 1 ページ: 53-53

    • DOI

      10.1186/s12917-021-03126-y

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bio-3D printing of scaffold-free osteogenic and chondrogenic constructs using rat adipose-derived stromal cells2022

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Ryota、Murata Daiki、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Bioscience-Landmark

      巻: 27 号: 2 ページ: 52-52

    • DOI

      10.31083/j.fbl2702052

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bio-3D printing iPSC-derived human chondrocytes for articular cartilage regeneration2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Anna、Murata Daiki、Fujimoto Ryota、Tamaki Sakura、Nagata Sanae、Ikeya Makoto、Toguchida Junya、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Biofabrication

      巻: 13 号: 4 ページ: 044103-044103

    • DOI

      10.1088/1758-5090/ac1c99

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of Cardiac Constructs Using Bio-3D Printer2021

    • 著者名/発表者名
      Arai Kenichi、Murata Daiki、Takao Shoko、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Pluripotent Stem-Cell Derived Cardiomycytes (Methods in Molecular Biology)

      巻: 1 ページ: 53-63

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-1484-6_6

    • ISBN
      9781071614839, 9781071614846
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Cryopreservation method for spheroids and fabrication of scaffold-free tubular constructs2020

    • 著者名/発表者名
      Arai Kenichi、Murata Daiki、Takao Shoko、Verissiomo Ana Raquel、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 4 ページ: 0230428-0230428

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0230428

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scaffold‐Free Bio‐3D Printing Using Spheroids as “Bio‐Inks” for Tissue (Re‐)Construction and Drug Response Tests2020

    • 著者名/発表者名
      Murata Daiki、Arai Kenichi、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Advanced Healthcare Materials

      巻: 9 号: 15 ページ: 1901831-1901831

    • DOI

      10.1002/adhm.201901831

    • 関連する報告書
      2020 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] Osteochondral Regeneration Using Adipose Tissue-Derived Mesenchymal Stem Cells2020

    • 著者名/発表者名
      Murata Daiki、Fujimoto Ryota、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 号: 10 ページ: 3589-3589

    • DOI

      10.3390/ijms21103589

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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] Osteochondral regeneration using scaffold-free constructs of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells made by a bio three-dimensional printer with a needle-array in rabbits2020

    • 著者名/発表者名
      Murata Daiki、Kunitomi Yoshihiro、Harada Kaori、Tokunaga Satoshi、Takao Shoko、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      Regenerative Therapy

      巻: 15 ページ: 77-89

    • DOI

      10.1016/j.reth.2020.05.004

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Osteochondral regeneration using constructs of mesenchymal stem cells made by bio three-dimensional printing in mini-pigs2019

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki A, Kunitomi Y, Murata D, Sunaga T, Kuramoto T, Sogawa T, Misumi K
    • 雑誌名

      J Orthop Res

      巻: in press 号: 6 ページ: 1398-1408

    • DOI

      10.1002/jor.24206

    • 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
  • [学会発表] The potential of scaffold-free constructs of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on tendon-bone healing after anterior cruciate ligament reconstruction in a rabbit model2022

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Higa, Hidetoshi Matsuda, Hiroki Yabiku, Fuminari Uehara, Takashi Toma, Chinatsu Azuma, Daiki Murata, Koichi Nakayama, Kotaro Nshida
    • 学会等名
      Orthopaedic Research Society 2022 Annual Meetng
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bio-3D Printing技術を用いて作製したScaffold-free脂肪由来幹細胞構造体による骨再生を目指す研究2022

    • 著者名/発表者名
      藤本 亮太, 村田 大紀, 中山 功一
    • 学会等名
      第21回日本再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ウサギ脂肪由来幹細胞からなるscaffold-free 3次元構造体による膝蓋腱再生2022

    • 著者名/発表者名
      宗像 季生子, 村田 大紀, 藤本 亮太, 高尾 省子, 三宅 美保, 野中 俊宏, 永石 友公子, 中村 アンナ, 中山 功一
    • 学会等名
      第21回日本再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Scaffold-free cartilage constructs for large chondral defects fabricated using bio-3D printer2021

    • 著者名/発表者名
      Anna Maria Nakamura, Daiki Murata, Ryota Fujimoto, Koichi Nakayama, Makoto Ikeya, Junya Toguchida
    • 学会等名
      第36回日本整形外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バイオ3Dプリンターで作製した脂肪由来幹細胞構造体がACL再建術の骨孔内骨-移植腱結合部治癒に与える効果2021

    • 著者名/発表者名
      比嘉 浩太郎, 松田 英敏, 上原 史成, 当真 孝, 東 千夏, 神谷 武志, 村田 大紀, 中山 功一
    • 学会等名
      第36回日本整形外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Bio-3D-printing技術を用いて作製したscaffold-free脂肪組織由来幹細胞構造体により広範囲骨再生を目指す研究2021

    • 著者名/発表者名
      藤本 亮太, 村田 大紀, 中山 功一
    • 学会等名
      第36回日本整形外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Tendon/ligament regeneration using a scaffold-free biofabricated 3D construct of Autologous adipose tissue-derived mesenchymal stem cells in rabbits.2021

    • 著者名/発表者名
      Daiki Murata, Ryota Fujimoto, Shoko Takao, Miho Miyake, Anna Maria Nakamura, Koichi Nakayama
    • 学会等名
      6th Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society World Congress
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The early effects of scaffold-free constructs of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on tendon-bone healing after anterior cruciate ligament reconstruction in a rabbit model.2021

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Higa, Hidetoshi Matsuda, Fuminari Uehara, Takashi Toma, Chinatsu Azuma, Daiki Murata, Koichi Nakayama, Kotaro Nishida
    • 学会等名
      6th Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society World Congress
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ligament reconstruction using scaffold-free cell construct produced by bio three-dimensional printer2019

    • 著者名/発表者名
      Murata D, Miyake M, Takao S, Nakamura A, Arai K, Nakayama K
    • 学会等名
      International Conference on Biofabrication 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [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 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Kenzan Method for Scaffold-Free Biofabrication (Koichi Nakayama editor)2021

    • 著者名/発表者名
      Murata Daiki
    • 総ページ数
      184
    • 出版者
      Springer Nature
    • ISBN
      9783030586881
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] 3Dプリンタ用新規材料開発(萩原恒夫 監修)2021

    • 著者名/発表者名
      藤本 亮太, 中山 功一, 村田 大紀, 伊藤 学
    • 総ページ数
      329
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 村田 大紀 (Daiki Murata) - マイポータル - researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/daiki_net_official

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] researchmap ― 村田 大紀

    • URL

      https://researchmap.jp/daiki_net_official

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 佐賀大学 教員活動データベース ― 村田 大紀(医学部)

    • URL

      https://research.dl.saga-u.ac.jp/profile/ja.a2db15634a4e7499.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] 人工組織体及びその製造方法2022

    • 発明者名
      村田 大紀, 三宅 美保
    • 権利者名
      村田 大紀, 三宅 美保
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-035597
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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