生体工学的原理による血管壁細胞の機能発現と組織化、及び臓器工学的応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044303
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 松田 武久 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 部長 (60142189)
• 研究分担者: 棚橋 雅美 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室員 ; 中山 泰秀 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (50250262) ; MARK M.Samet ウィスコンシン大学, 細胞生物学研究所, 助教授 ; VICTOR Nikol ウィスコンシン大学, 細胞生物学研究所, 助教授 ; 増田 道隆 国立循環器病センター研究所, 循環器形態部, 室長 (00190364) ; 藤原 敬己 国立循環器病センター研究所, 循環器形態部, 部長 (10190092) ; PETER I Lelk ウィスコンシン大学, 細胞生物学研究所, 部長
• キーワード: 内皮細胞 / 機械刺激 / 血管壁

研究概要

1)管状ハイブリッド中膜組織の形成と三次元拍動負荷培養装置の開発:平滑筋細胞を円筒状コラーゲン・ゲルに包埋し、内側より拍動圧を特別仕様で設計・製作した装置で負荷した。細胞の配向、形質変化、細胞外マトリックス産生及びハイブリッド組織のリモデリングを研究した。
2)ハイブリッド人工血管:それぞれ内皮・平滑筋・繊維芽細胞を含むコラーゲン層より構成される階層性ハイブリッド組織の構築と生体内移植、生体内のリモデリング過程を細胞レベル及びマトリックス・レベルで検証した。
3)流れ感知機構の解明:細胞底部皮層にあるストレスファイバ(SF)は伸展の維持に重要であるが、流体力学的剪断応力を受けやすい細胞上部層に一部分布しているSF流れ感知機構への関与について研究した。具体的には、SFの三次元走行(共焦点レーザ顕微鏡)と蛋白組成(膜裏打ち蛋白)を詳細に研究した。
4)圧力可変培養装置の開発と細胞機能発現:負荷圧力ゼロ(通常の培養)から定圧及び生理条件の拍動圧を負荷できる培養装置を開発し、細胞機能(細胞増殖・運動性)の圧力依存性の有無が明確になった。
5)内皮化人工心臓:人工心臓に内皮細胞を播種する。三次元的に均一に播種できる装置を開発した。流体力学的応力に拮抗する接着力を与える人工細胞外マトリックスの設計した結果、細胞配向より人工心臓ポンプの流体力学的設計へのフィード・バックが可能になり、またこれにより非血栓性が確保できた。
6)流体力学及び機械的伸展応力に対する材料血管壁細胞の応答について、(1)巨視的形態、(2)細胞内超微細構造、(3)接着装置の分子生物学、(4)人工血管及び(5)人工心臓への応用が計画通り達成された。一方、問題点に関しては、静水圧圧力の依存性について、装置上の改善の必要が見い出された。

研究成果

• [文献書誌] T.Matsuda,T.Sugawara: "Development of Surface Photochmical Modification Method for Micropaterning of Cultured Cells" Journal of Biomedical Materials Research. 29. 749-756 (1995)
• [文献書誌] T.Matsuda,T.Sugawara: "Development of a Novel Protein Fixation Method with Micron-Order Precision" Langmuir. 11. 2267-2271 (1995)
• [文献書誌] T.Matsuda,T.Sugawara: "Photochimical Protein Fixation on Polymer Surface via Deriovatized Phenyl Azido Group" Langmuir. 11. 2272-2276 (1995)
• [文献書誌] Y.Nakayama,T.Matsuda: "Surface Microaechitectual Design in Biomedical Applications:Preparation of Micropurous Polymer Surfaces by Excimer Laser Ablation Technique" Journal of Biomedical Meterials Reserch. 29. 1295-1301 (1995)
• [文献書誌] K.Katoh,M.Masuda,Y.Kano,Y.Jinguji,K.Fujiwara: "Focal adhesion proteins associated with stress fibers of human fibroblasts." Cell Motil.Cytoskeleton. 31. 177-195 (1995)
• [文献書誌] N.Harada,M.Masuda,K.Fujiwara: "Floid flow and osmotic stress induce・tyrosine phosphorylation of an endothelial cell 128 KDa surface glycoprotein." Biochem.Biophysic.Res.Commun.214. 69-74 (1995)