平滑筋組織による可変性血管モデルの構築及び薬物に対する機能変化の評価

• 研究課題/領域番号: 23K19195
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0402:ナノマイクロ科学、応用物理物性、応用物理工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 趙 炳郁 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 助教 (10982522)
• 研究期間 (年度): 2023-08-31 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 組織工学 / 平滑筋組織 / 血管モデル / マイクロ流体デバイス / マイクロ流体工学 / MEMS / Bio-MEMS / 再生医療

研究開始時の研究の概要

心血管疾患は主に血管にある平滑筋の動脈硬化の進行によって引き起こされることが知られており、近年は生体外で細胞とコラーゲンなどを用いて人工的に構築した3次元組織モデルにより病気メカニズムの解明や創薬開発などに応用する方法が注目を集めている．しかし，体内血管のように同心円状に収縮可能な血管モデルの構築は困難であった．本研究においては，複数のドーナツ型筋肉組織の配列と小型遠心ポンプにより体内血管の流れ環境を実現することによって，平滑筋組織による可変性血管モデルの構築および薬物に対する機能変化の評価により疾患や創薬モデルとしての拡張を目指す．

研究実績の概要

ヒト動脈平滑筋細胞とコラーゲンを懸濁し、ドーナツ状のモルドで凝固させることによってドーナツ型平滑筋組織の構築に成功した。構築した組織の形態および機能特性を評価するため、免疫染色とヒスタミンによる収縮力の観察を行った。免疫染色の結果、平滑筋細胞で発現されるアルファ-アクチンが同心円状に配向していることが確認された。さらに、ヒスタミン溶液を添加した結果、構築したドーナツ型平滑筋組織が同心円状に収縮することを確認した。これらの結果により、本研究で確立した組織は平滑筋の形態および機能を満たすことが分かった。
続いて、流れ刺激に対する内皮細胞の変化を評価するため予備実験としてチャンネルを設けたハイドロゲル内に血管内皮細胞を播種して３次元血管モデルを構築した。小型遠心ポンプにより流れの振幅および周波数を調整することで、体内のよう周期的な脈動のある流れ刺激を３次元血管モデル内に生成することに成功した。従来では細胞に不均一な刺激を与えたことに対して、本研究で導入した流れ刺激は３次元血管モデル内の細胞にせん断応力と均一な同心円状の伸展刺激を与えることができる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画よりやや早い段階に同心円状に収縮可能なドーナツ型平滑筋組織の構築に成功した。さらに、血管内皮細胞のみで構築した血管モデル内に体内のような流れ刺激与え、細胞の配向の評価に成功したため、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究で確立した同心円状に収縮するドーナツ型平滑筋組織を複数配列して、チューブ状の平滑筋組織を構築する。そのチューブ状の平滑筋組織内に血管内皮細胞を播種することで、階層的な構造を持つ血管モデルを構築する予定である。作製した血管モデルに流れ刺激およびヒスタミンなどの薬物を投与し、その際細胞の形態および膜透過性などの機能を評価することで、疾患や創薬モデルとしての拡張を目指す。