光合成能を有する立体細胞組織作製技術の開発

• 研究課題/領域番号: 20K21911
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京女子医科大学
• 研究代表者: 清水 達也 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40318100)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2020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: 組織工学 / 藻類 / 光合成 / 筋細胞 / 筋組織

研究開始時の研究の概要

微細藻類を内包する厚みのある細胞組織を生体外において構築する。組織内部に組み込まれた微細藻類が動物細胞の排出する二酸化炭素とアンモニアを取り込み、光合成により酸素とグルコースを産生することにより、組織内部において細胞が壊死せずに生存し続けることができる厚みのある細胞組織の構築を目指す。これにより、未来の再生医療、義手・義足、ロボットのアクチュエータなどへの応用が可能な基盤技術を確立する。

研究成果の概要

動物細胞用の培養液中で長期に生存・増殖し光合成能を保持することが可能な藻類株を選別し、動物筋細胞と選別された藻類を用いて、共培養組織作製条件および組織培養条件について詳細に検討した。その結果、厚みが0.3 mm未満であれば細胞損傷のない良好な藻類・動物細胞共培養組織が作製できる条件が確認された。また得られた知見をもとにヒトiPS細胞由来心筋細胞と藻類との共培養組織を作製し、自立拍動を呈する藻類含有心筋組織の作製に成功した。本結果は光合成能と収縮能をあわせ持つ立体筋組織の開発における第一歩とみなせる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究においてはヒトiPS細胞由来心筋細胞と藻類との共培養組織を作製し、自立拍動を呈する藻類含有心筋組織の作製に成功した。光合成で生体エネルギーを供給できる立体組織の作製は、これまでの学術に革新をもたらす世界的にも極めて独創的で挑戦的なものである。本研究成果は光合成能と収縮能をあわせ持つ立体筋組織の開発における第一歩とみなせる。今後より厚みを有した立体組織の作製が可能となれば、再生医療のみならず広範な学術分野に応用展開される可能性を有しており、学術的にも社会的にも大きな意義を持っていると考える。