| 研究課題/領域番号 |
21K12661
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90110:生体医工学関連
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
馮 忠剛 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10332545)
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| 研究分担者 |
小沢田 正 山形大学, 大学院理工学研究科, 客員教授 (10143083)
佐藤 大介 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (60536960)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | ３D高度機能的心筋組織の構築 / サブタイプ心筋細胞 / 心室・心房機能野 / 複合基質 ナノグラフェン機能材料 / 心室ECM基質 / 心房・心室野 / サブタイプ心筋 / 拍動特徴 / ナノグラフェン機能材料 / 心室機能野 / 複合基質 / サッブタイプ心筋細胞分化 / 心筋細胞遊走 / 物理的刺激 / ナノテクノロジー複合基質 / 機能因子徐放 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では分化誘導機能因子を徐放する柔軟性ナノグラフェン電極－心筋ECM複合基質を開発し、それをサブタイプ心筋細胞の分化プラットフォームとしてヒトiPS細胞から心房野と心室野を組織スケールで分化誘導する。そのために生物物理と生化学多要素の統合と革新を行い、心筋の発生における一次心臓領域と二次心臓領域の重要なファクターを把握し、正確な遺伝子発現を有するサブタイプ心筋細胞の迅速な分化と成熟を実現する。更に心臓発生ルーピング過程の模擬によりサブタイプ心筋細胞の“無損傷的”純化・分離法を提示する。この独創的な再生心組織体外形成法は心筋再生医療における喫緊な課題を解決できる強力かつ高度な技術になる。
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| 研究成果の概要 |
柔軟性と弾性を有するナノグラフェン電極への機能因子の吸着を行って、動的ひずみと電気刺激を同時印加するバイオリアクタにヒトiPS細胞からサブタイプ心筋細胞への分化と成熟実験で心筋細胞の電気誘導遊走現象を確認され、心筋組織機能野の構成に寄与する重要な研究結果を得た。豚心室筋組織から抽出した心室筋細胞外基質を用いた3次元心筋組織の拍動についてその動的特性を考慮した拍動力測定方法を確立し、心房・心室の拍動特徴を検討した。また、心筋細胞クラスターの形成が3D再生心組織の拍動力における影響を分析し、心房性優位細胞クラスターにおける自発拍動の非同期現象から心房細動異所性始点を誘発する可能性を示唆した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在、ヒトiPS細胞から分化した心筋細胞の臨床研究を心筋再生医療の大きな進展として注目されている。しかしながら、多種のサブタイプ心筋細胞の混在を解決するため、サブタイプ心筋細胞の“無損傷”的単離法は一つ重要な課題である。本研究は、より深層な心臓発生過程に関する「原始心臓管の自発的収縮律動とそれに伴う電気活動がサブタイプ心筋細胞の分化・成熟および定方向的な遊走にどのような影響を及ぼすのか」の問いをin vitroで3次元組織スケールにおいて検討した。その成果によってサブタイプ心筋の単離法や心筋疾患メカニズムおよび創薬モデルに関する有力な研究方法論として、学術的・社会的に多大な波及効果を有する。
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