「細胞ファイバー」を基軸とした３次元生体組織の構築

• 研究課題/領域番号: 24686031
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 慶應義塾大学 (2013-2014); 東京大学 (2012)
• 研究代表者: 尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (30548681)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2013年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円); 2012年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
• キーワード: マイクロ流体 / 細胞 / 組織工学 / ハイドロゲル / マイクロファイバ / MEMS / ３次元組織 / マイクロファイバー / 3次元組織 / 移植医療

研究成果の概要

本研究の目的は，センチメートルスケールの複雑な３次元組織を構築するためのビルディングユニットである「細胞ファイバー」を開発し，組織構築のための方法論を確立することである．細胞ファイバーは，二重同軸マイクロ流体デバイスにより連続的に形成するこに成功した．その際，コア部に細胞と一緒に封入するECMの選択が，細胞ファイバ形成に重要であることを見いだした．形成した細胞ファイバを用い，培養液の中で機械織りして３次元構造を構築すること，また束ねることでバンドル様の構造を構築することに成功した．構築した３次元組織は細胞の活性を維持しており，移植医療に適用することが可能であることをマウスへの移植で確認した．

研究成果

• [雑誌論文] Smooth muscle-like tissue constructs with circumferentially oriented cells formed by the cell fiber technology. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hsiao AY, Okitsu T, Onoe H, Kiyosawa M, Teramae H, Iwanaga S, Kazama T, Matsumoto T, Takeuchi S.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10(3) 号: 3 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119010
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cell-laden microfibers for bottom-up tissue engineering (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 雑誌名: Drug Discovery Today 巻: 20 号: 2 ページ: 236-246
  • DOI: 10.1016/j.drudis.2014.10.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular Building Unit Integrated with Microstrand-Shaped Bacterial Cellulose (2013)
  • 著者名/発表者名: Kayoko Hirayama, Teru Okitsu, Hiroki Teramae, Daisuke Kiriya, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 34 号: 10 ページ: 2421-2427
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2012.12.013
  • 査読あり
• [学会発表] Self-assembled hydrogel microspring for soft actuator (2015)
  • 著者名/発表者名: Koki Yoshida, Hiroaki Onoe
  • 学会等名: The 28th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)
  • 発表場所: Estril (Portugal)
  • 年月日: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [学会発表] 3D culture in mouse iPSCs in hydrogel core-shell microfiber (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Ikeda, Teru Okitsu, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: The 28th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)
  • 発表場所: Estril (Portugal)
  • 年月日: 2015-01-18 – 2015-01-22
• [学会発表] Cell fiber technology for engineering functional 3D models (2014)
  • 著者名/発表者名: Amy Y. Hsiao, Hiroaki Onoe, Teru Okitsu, Midori Kato-Negishi, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Engineering Functional 3D Models
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [学会発表] Differentiation Induction of Neural Stem Cell Microfibers (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe, Midori Kato-Negishi, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Formation of complex 3D neural network by neural microfiber (2014)
  • 著者名/発表者名: Midori Kato-Negishi, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington DC (USA)
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Neural matchsticks for 3D neural network assembly (2014)
  • 著者名/発表者名: Midori. Kato-Negishi, Hiroaki Onoe, Akiko Sato, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Eighteenth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science (microTAS)
  • 発表場所: San Antonio (USA)
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Mechanically-controlled tubular microenvironment for 3D cell culture (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe
  • 学会等名: The 52nd annual meeting of the biophysical society of Japan
  • 発表場所: Sapporo Convention Center (Sapporo-shi, Hokkaido)
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 細胞封入マイクロゲルファイバの流体操作 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃
  • 学会等名: 第66回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンション（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Survival of neural stem/progenitor cells is promoted when cells are loaded in artificial microfibers in mouse complete spinal cord injury model (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hori, Soraya Nishimura, Midori Kato-Negishi, Hiroaki Onoe, Yoshiomi Kobayashi, Go Itakura, Hiroki Iwai, Shoji Takeuchi, Hideyuki Okano, Yoshiaki Toyama, Masaya Nakamura
  • 学会等名: The 53rd ISCoS Annual Scientific Meeting
  • 発表場所: Maastricht (The Netherlands)
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [学会発表] Neural stem/progenitor cells-laden microfibers promote survival of transplants in mouse transected spinal cord injury model (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hori, Soraya Nishimura, Midori Kato-Negishi, Hiroaki Onoe, Yoshiomi Kobayashi, Go Itakura, Hiroki Iwai, Shoji Takeuchi, Hideyuki Okano, Yoshiaki Toyama, Masaya Nakamura
  • 学会等名: ISSCR (International Society for Stem Cell Research) 12th Annual Meeting
  • 発表場所: Vancouver (Canada)
  • 年月日: 2014-06-18 – 2014-06-21
• [学会発表] 細胞でひもを創る！-再生医療のためのファイバ形状人工組織- (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃
  • 学会等名: 日本化学会生体機能関連化学部会 若手サマースクール
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王（宮城県刈田郡）
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] MEMS and microfludic technology for reconstructing tissue (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe
  • 学会等名: 47th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 発表場所: Winc Aichi (Nagoya-shi, Aichi)
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] Microfluidic technology for macroscopic tissue reconstruction (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe
  • 学会等名: The iCeMS-RIKEN Joint Symposium
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-02-07
  • 招待講演
• [学会発表] MEMS・マイクロ流体技術による組織工学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃
  • 学会等名: 日本発生生物学会秋季シンポジウム
  • 発表場所: しあわせの村（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2013-11-18 – 2013-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] チューブ状3次元マイクロ空間における血管内皮細胞の管腔形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃, 三浦重徳, 竹内昌治
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 慶應義塾大学鶴岡タウンキャンパス（山形県鶴岡市）
  • 年月日: 2013-11-14 – 2013-11-15
• [学会発表] Neural stem/progenitor cells-laden microfibers promote cellular survival in mouse transected spinal cord injury model (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hori, Soraya Nishimura, Midori Negishi, Hiroaki Onoe, Yoshiomi Kobayashi, Go Itakura, Hiroki Iwai, Shoji Takeuchi, Hideyuki Okano, Yoshiaki Toyama, Masaya Nakamura
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2013 Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2013-11-09 – 2013-11-13
• [学会発表] Long-Term Implantation of Primary Islet Cell-Encapsulating Hydrogel Microfibers in Diabetic Mice (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe, Teru Okitsu, Akane Itou and Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Seventeenth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science (microTAS)
  • 発表場所: Freiburg (Germany)
  • 年月日: 2013-10-27 – 2013-10-31
• [学会発表] Human induced pluripotent stem (iPS) cells-derived neural stem cell bundle covered with growth factor-encapsulated amphiphilic chitosan (2013)
  • 著者名/発表者名: Midori Kato-Negishi, Hiroaki Onoe, Shintaroh Iwanaga, Keiko Hori, Masaya Nakamura, Hideyuki Okano and Shoji Takeuchi
  • 学会等名: Seventeenth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Science (microTAS)
  • 発表場所: Freiburg (Germany)
  • 年月日: 2013-10-27 – 2013-10-31
• [学会発表] マイクロファイバー形状の人工組織「細胞ファイバー」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃
  • 学会等名: 日本機械学会北海道支部 バイオメカニクス懇話会 第12回講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2013-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] 初代膵島細胞を用いたファイバー形状人工組織の糖尿病マウスへの移植 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾上 弘晃, 興津輝, 竹内 昌治
  • 学会等名: 化学とマイクロナノシステム学会第27回研究会（27th CHEMINAS）
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2013-05-23 – 2013-05-24
• [学会発表] 細胞ファイバーによる生体組織の高次構造構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃、五條理保、松永行子、桐谷乃輔、加藤-根岸みどり、栗林-繁富香織、下山雄土、竹内昌治
  • 学会等名: 第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2013-01-10
• [学会発表] Fiber-Shaped Cellular Construct for Artificial Tissue Construction and Transplantation (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe
  • 学会等名: 13th Japanese-American Kavli Frontiers of Science Symposium (JAFoS)
  • 発表場所: アーバイン、カリフォルニア州、アメリカ合衆国(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Tubulogenesis of Endothelial Cells in Continuously-generating Core-Shell Hydrogel Microfibers (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: JST-CREST/ERATO/SICP Joint Workshop on Mtcrofluidles for Tissue and Cell Applications
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-05
• [学会発表] Tubulogenesis of Endothelial cells in Core-Shell Hydrogel Microfiber (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • 学会等名: 第26回科学とマイクロナノシステム研究会(CHEMINAS)
  • 発表場所: 沖縄(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-28
• [学会発表] ハイドロゲルマイクロファイバー内における血管内皮チューブ構造の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃、竹内昌治
  • 学会等名: 第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: 小倉
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] ハイドロゲルマイクロファイバー内での血管内皮細胞の管構造形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃、竹内昌治
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] 細胞ファイバーの機械織りによる生体組織の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃、五條理保、松永行子、桐谷乃輔、加藤-根岸みどり、栗林-繁富香織、下山雄土、竹内昌治
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2012-09-11
• [図書] 三次元ティッシュエンジニアリング技術最前線（細胞ファイバーの形成と操作） (2015)
  • 著者名/発表者名: 尾上弘晃, 竹内昌治（部分執筆）
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: NTS出版
• [産業財産権] 中空マイクロファイバ (2014)
  • 発明者名: 竹内昌治, 尾上弘晃, 三浦重徳
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-104763
  • 出願年月日: 2014-05-20