走査型プローブ技術を応用した血管描出技術の開発

• 研究課題/領域番号: 21K18863
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京医科歯科大学 (2022); 東北大学 (2021)
• 研究代表者: 梨本 裕司 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (80757617)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 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: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: Organ-on-a-chip / 生体模倣システム / 走査型プローブ顕微鏡 / 血管 / organ-on-a-chip / マイクロ流体デバイス

研究開始時の研究の概要

本研究では，走査型プローブ技術を用いた血管形成の4次元制御ツールを開発する。手法としては，血管形成の誘導因子を分泌する間質細胞を探針に充填し，先端から誘導因子が放出される環境を整えることで，新生血管の方向や形成時期を制御する．開発済みの血管形成技術を走査型プローブ技術と融合することで，血管パターンをμmスケールの位置精度で制御する。計測ツールである走査型プローブ技術を，培養環境の時空間制御ツールとして発展させる点に本研究の斬新性と挑戦性がある．血管形成は，近年注目を集めるミニ臓器モデル（オルガノイド）の発展においても最重要の技術課題とされており，そのインパクトは極めて大きい．

研究成果の概要

血管形成の時期や位置の制御は、組織工学や発生生物学の発展におけるキーテクノロジーである。本研究課題では、可動式の探針を利用した血管描出技術の開発に取り組んだ。ガラスキャピラリーを基材とした探針内では、細胞培養が十分に行えず、血管形成の誘導が困難であることがわかった。一方、酸素透過性に優れたポリジメチルシロキサン（PDMS）探針では、細胞培養が可能であった。PDMS探針に合わせたマイクロ流体デバイスを設計し、血管形成が一部誘導可能であることを確認した。研究機関中に代表者の異動もあり、安定した血管形成の時空間制御手法の開発を完了するには至らなかったが、本課題後に継続して解析を進める。

研究成果の学術的意義や社会的意義

血管形成は、酸素、栄養を供給するライフラインであり、周囲の組織の活動に大きな影響を与える。血管形成の時期や位置の制御は、血管形成の基礎的な興味はもちろん、組織工学や発生生物学の発展におけるキーテクノロジーといえる。上部解放型のマイクロ流体デバイスは、センサの挿入や培養後のサンプルの回収にも活用でき、本研究課題で開発した知見の一部は、研究論文として報告することができた（Y. Nashimoto, et al., Biosens. Bioelectron., 219, 114808 (2023)他）。これらの成果は、血管形成の時空間的制御の実現に向けた一歩と位置付けられる。