| 研究課題/領域番号 |
21H01215
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
東藤 貢 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (80274538)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | iPS細胞 / 心筋細胞 / 細胞シート / 3Dバイオプリンター / 粘弾性 / 生体力学 / iPS細胞由来心筋細胞 / バイオプリンター / 生体材料 / 細胞工学 / 心筋組織 / バイオポンプ / エネルギー変換 / 循環器 / 循環器モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、心筋における化学エネルギーから機械エネルギーへのマルチスケールなエネルギー変換機構の工学利用を目指し、その機構に関する基礎的知見を得るための実験モデルとして、iPS細胞由来心筋細胞を用いた自己収縮する原始心臓型ポンプを開発し、さらに血管を模擬したポリマーチューブと組み合わせて基本的な循環器システムを構築する。また、エネルギー変換機構を高精度で記述する数理モデルおよびシミュレーションモデルを確立することを試みる。
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| 研究成果の概要 |
心臓原始形態モデル開発のために、iPS細胞由来心筋細胞を用いた心筋シートを作製し、電気刺激を利用することで拍動特性の制御が可能であることを見出した。また、能動的応力と最小主ひずみの関係は、粘弾性的ヒステリシスループを描き、電気刺激によりその応答特性は変化することが分かった。次に心筋シートとPDMSチューブを組み合わせた心筋チューブの内部での流動特性は、拍動に対応した流動が生じており、流速の時間変動は、チューブの弾性変形挙動を考慮した理論モデルとよく一致していた。また、3Dバイオプリンターで作製したポリマー構造体は、目標とする心臓原始形態モデルのための足場構造体となり得ることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
iPS細胞由来心筋細胞シートを用いた心臓疾患の治療は、すでに臨床研究の段階であるが、その力学的特性に関する研究はほとんど行われていない。本研究は、電気刺激により拍動挙動の制御が可能であることを見出し、さらに電気刺激が粘弾性的応力-ひずみ応答特性に影響を与えることを明らかにした。これらの力学特性に関する知見は、心筋シートの臨床応用において有用となることが期待される。さらに、iPS心筋シートとPDMSチューブを組み合わせた３D構造体の流動特性、ならびに3Dバイオプリンターで作製した３D足場構造体に関する知見は、今後の心臓原始形態モデル開発に向けて重要な知見となると考えられる。
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