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光生体調節作用を用いた三次元培養皮膚の感染防御能の強化

研究課題

研究課題/領域番号 22K18177
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛

研究代表者

角井 泰之  防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 防衛医学研究センター 生体情報・治療システム研究部門, 助教 (30806451)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワード光生体調節作用 / photobiomodulation / 三次元培養皮膚 / バリア機能 / 三次元培養 / 移植皮膚 / 皮膚移植 / Photobiomodulation / 血管
研究開始時の研究の概要

我々の全身を覆う皮膚は,外部刺激や病原体からの保護,体温や水分量の調整など,生命の維持に必要不可欠な役割を担っている。そのため,皮膚が不可逆的な損傷を受けた場合には移植による治療が必要であり,その成否は移植後の感染を防げるかどうかに大きくかかっている。本研究では,新たな移植用皮膚として期待される三次元培養皮膚に対し,光による生体調節作用(photobiomodulation)を適用し,培養中における血管網の構築とバリア機能の獲得を促進できないか検討を行う。これにより,感染防御能に優れた移植用皮膚の創出を目指す。

研究実績の概要

昨年度の検討において、ピーク波長845 nmの発光ダイオード(light-emitting diode, LED)を用いた光生体調節作用(photobiomodulation, PBM)により、三次元培養皮膚のバリア機能を向上できることが示唆された。今年度は、PBMの効果の大きさを決定するであろうパラメーターとして、照度(単位面積あたりの光のパワー)について検討を行った。培養皮膚の真皮層側(下側)から波長845 nmのLED光を5 mW/cm2、10 mW/cm2、または20 mW/cm2で照射することでPBMを適用し、これを培養中(3日間)毎日繰り返した。培養皮膚の経上皮電気抵抗(細胞間の結合の強さを示す)を測定した結果、光を照射せずに培養した群(コントロール群)に比べ、すべてのPBM適用群で高い値が得られた。その中でも、特に5 mW/cm2でPBMを適用した群の値が高く、コントロール群との間に有意差が認められた。また、低分子の色素であるLucifer Yellow(LY)の水溶液(1 mM)を培養皮膚の表面に滴下し、2時間後に洗浄したのちにホルマリン固定し、組織中のLYの深さ分布を蛍光顕微鏡で観察した。その結果、サンプル間でばらつきはあったものの、5 mW/cm2でPBMを適用した培養皮膚へのLYの透過が抑制されている傾向が確認された。より低い照度でPBMを適用した方が、さらに高い効果が得られる可能性があるため、今後条件の範囲を広げて検討を進めていく予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

上記検討の過程で、光の照射条件によってはLEDアレイの発熱が無視できず、組織への熱影響が懸念された。発熱を軽減するための冷却機能の検討に時間を費やしたため、スケジュールに遅延が生じてしまった。

今後の研究の推進方策

三次元培養皮膚へのPBMの適用により得られる効果について、照射条件による違いを中心に検討を続けていく。照度については、本年度に得られた結果をもとに、より広い範囲で比較を行う。また、光を照射するタイミングについても条件を振って検討する計画である。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Cultivation and Transplantation of Three-Dimensional Skins with Laser-Processed Biodegradable Membranes2023

    • 著者名/発表者名
      Tsunoi Yasuyuki、Takayama Izumi、Kondo Naonari、Nagano Yo、Miyazaki Hiromi、Kawauchi Satoko、Akashi Mitsuru、Saitoh Daizoh、Terakawa Mitsuhiro、Sato Shunichi
    • 雑誌名

      Tissue Engineering Part A

      巻: - 号: 11-12 ページ: 344-353

    • DOI

      10.1089/ten.tea.2022.0208

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Viability Improvement of Three‐Dimensional Human Skin Substitutes by Photobiomodulation during Cultivation2022

    • 著者名/発表者名
      Tsunoi Yasuyuki、Miyazaki Hiromi、Kawauchi Satoko、Akagi Takami、Akashi Mitsuru、Saitoh Daizoh、Sato Shunichi
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology

      巻: 98 号: 6 ページ: 1464-1470

    • DOI

      10.1111/php.13642

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Femtosecond laser-processed biodegradable porous membranes for cultivation and transplantation of three-dimensional skin substitutes2024

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Tsunoi, Izumi Takayama, Naonari Kondo, Yo Nagano, Hiromi Miyazaki, Taiichiro Ida, Mitsuru Akashi, Mitsuhiro Terakawa, Shunichi Sato
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒト3次元培養皮膚を用いた抗微生物光線力学療法の副作用に関する評価2024

    • 著者名/発表者名
      田邊静香,角井泰之,宮﨑裕美,明石満,佐藤俊一
    • 学会等名
      第23回レーザー学会東京支部研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Control of the viability of three-dimensional cultured skins by photobiomodulation2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Tsunoi, Hiromi Miyazaki, Satoko Kawauchi, Daizoh Saitoh, Mitsuru Akashi, Shunichi Sato
    • 学会等名
      European Conferences on Biomedical Optics 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 広範囲熱傷に対する感染対策-新たな治療法にむけて-2023

    • 著者名/発表者名
      宮﨑裕美,角井泰之,木下学,齋藤大蔵,中村伸吾
    • 学会等名
      第49回日本熱傷学会総会・学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脈管構造を含む3次元培養皮膚は難治性潰瘍に有効か?2023

    • 著者名/発表者名
      東條照太, 宮崎裕美, 角井泰之, 佐藤俊一, 中村伸吾, 東隆一
    • 学会等名
      第32回日本形成外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 超短パルスレーザー加工により作製した生分解性多孔質膜を用いたヒト3次元皮膚の培養・移植2023

    • 著者名/発表者名
      角井泰之,長野陽,宮﨑裕美,明石満,寺川光洋,佐藤俊一
    • 学会等名
      Laser Week in Tokyo IV
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 光生体調節作用(photobiomodulation)を用いたヒト3次元培養皮膚のバイアビリティー向上2023

    • 著者名/発表者名
      角井泰之,宮﨑裕美,赤木隆美,明石満,齋藤大蔵,佐藤俊一
    • 学会等名
      第22回日本再生医療学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Construction of vascularized three-dimensional skin equivalents for risk assessment against chemical and biological agents2022

    • 著者名/発表者名
      Hiromi Miyazaki, Yasuyuki Tsunoi, Yuuki Hata, Manabu Kinoshita, Shingo Nakamura
    • 学会等名
      2022 Chemical and Biological Defense Science &Technology (CBD S&T) Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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