力学的ストレス場におけるハイブリッド血管壁の遺伝子発現と組織化及び臓器工学的応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07458241
• 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: 林崎 良英 理化学研究所ライフサイエンス筑波, 研究センタージーンバンク室・真核生物研究室, 主任研究員 (70192705) ; 棚橋 雅美 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 流動研究員 ; 高市 成子 国立循環器病センター研究所, 循環器形態部, 室長 (00093930)
• キーワード: ハイブリッド組織 / 力学的ストレス / 組織化

研究概要

本研究では、(1)管状ハイブリッド血管壁組織の作成と移植(臓器工学)、(2)生体外における力学的ストレス負荷(生体工学)、(3)遺伝子発現(遺伝子工学)、(4)組織化(形態学)の研究に分れる。
(1)については、特に作製した内筒と外筒を有する容器に平滑筋細胞(SMC)とコラーゲンの冷混合溶液を注入して37度に加温すると管状ゲル体が形成し、経時的にSMC及びコラーゲンが円周方向に配向した稠密組織(ハイブリッド中膜)が形成することを既に発表した。また、動物移植により人工基材を必要としない血管として作動することを予備的に検討し、発表している。(2)の生体力学的ストレス負荷に対しては、一軸伸縮及び三次元拍動ストレスを連続的に振幅及び頻度を可変できる装置を開発した。
上記の成果と技術に立脚して、本年度は(3)及び(4)に焦点をおいて研究し、最終目標として、力学的ストレスと遺伝子レベル、細胞レベル、マトリックスレベルの相関をしらべた。(3)については、SMC分化誘導分子を探索した。具体的には、1.トータルRNAとDNAの抽出と定量、2.SMCの分化誘導ステージの同定、3.サブトラクション・クローニングの開始、4.後述するRLGS法によるゲノムDNAのスキャンニングを行なった。まず、Iogen法によりRNA、DNAを抽出・定量し、その際、解糖系酵素のmRNAであるG3PDHのPCRをhouse-keeping geneとしてcDNA合成評価、細胞でのmRNA発現量のマーカーにできるかどうか検討した。2.については分化誘導のかかっているステージを推定し、サブトラクション法で分化誘導因子をクローニングするのに用いるステージを模索した。既知のSMCのmRNAとしてカルポニン、ミオシン重鎖のアイソフォーム(SM1、SM2、SMemb)、α-アクチンをまず検討し、ついでdifferential displayにて未知mRNAを検出・クローニングしつつある。
(4)については、1.及び2.で作製した配向SMC/コラーゲン層よりなる柔軟性且つ稠密な組織の内腔に内皮細胞を播種し、追加培養後に血管壁細胞を採取した同じ犬の頚動脈に移植した。光顕によるコラーゲン(マッソン・トリクロム染色)、エラスチン(オルセイン染色)に加えて免疫電顕によってプロテオグリカンの種類(ヒアルロン酸、デルマタン硫酸、コンドロイチン硫酸)を同定し、その分布、及び定性的な局在化をしらべた。

研究成果

• [文献書誌] N.Saito,T.Sugawara,T.Matsuda: "Synthesis and Hydrophilicity of Multifunctionally Hydroxylated Poly (acrylamides)" Macromolecules. 29. 313-319 (1996)
• [文献書誌] H.Kito,T.Matsuda: "Biocompatible Coatings for Luminal and Outer Surfaces of Small-Caliber Artifical Grafts" Journal of Biomedical Materials Research. 30. 321-330 (1996)
• [文献書誌] J.Hirai,T.Matsuda: "Venous Reconstruction Using Hybrid Vascular Tissue Composed of Vascular Cells and Collagen : Tissue Regeneration Process" Cell Transplantation. 5. 93-105 (1996)
• [文献書誌] K.doi,Y.Nakayama,T.Matsuda: "Novel compliant and Tissue-Permeable Microporous Polyurethane Vascular Prosthesis Fabricated Using and Excimer Laser Ablation Technique" Journal of Biomedical Materials Research. 31. 27-33 (1996)
• [文献書誌] T.Matsuda,Y.Nakayama: "Surface microarchitectural design in biomedical applications : In VITRO transmural endothelialination on microporous segmented polyurethane films fabricated using an excimer laser" Journal of Biomedical Materials Research. 31. 235-242 (1996)
• [文献書誌] M.Tanahashi,T.Kokubo,T.Matsuda: "Quantitative assessment of apatite formation via a biomimetic method using quartz crystal microbalance" Journal of Biomedical Materials Research. 31. 243-249 (1996)
• [文献書誌] T.Matsuda,T.Sugawara: "Synthesis of Multifunctional,Nonionic Vinyl Polymers and Their ^<13>C Spin-Lattice Relaxation Times in Deuterium Oxide Solutions" Macromolecules. 29. 5375-5383 (1996)
• [文献書誌] T.Sugawara,T.Matsuda: "Synthesis of Phenylazido-derivatized substances and photochemical surface modification to immobilize functional groups" Journal of Biomedical Material Research. 32. 157-164 (1996)
• [文献書誌] Y.Nakayama,T.Matsuda: "Excimer laser-induced surface fixation of polymer and its patterning" J.Appl.Phys.80. 505-508 (1996)
• [文献書誌] S.Nagahara,T.Matsuda: "Hydrogel formation via hybridization of oligonucleotides derivatized in water-soluble vinyl polymers" Polymer Ger and Networks. 4. 111-127 (1996)
• [文献書誌] T.Matsuda,N.Saito,T.Sugawara: "Ceric-lon-initiating surface graft polymerization with regional control and dimensional precision" Macromolecules. 29. 7446-7451 (1996)
• [文献書誌] Y.Nakayama,T.Matsuda: "Surface macromolecular architectural designs using photo-graft copolymerization based on photochemistry of Benzyle N,N-diethyldithiocarbamate" Macromolecules. 29. 8622-8630 (1996)
• [文献書誌] S.Nagahara,T.Matsuda: "Cell-substrate and cell-cell interactions differently regulate cytoskeletal and extracellular matrix protein gene expression" Journal of Biomedical Materials Research. 32. 677-686 (1996)
• [文献書誌] T.Matsuda,T.Sugawara: "Control of cell adhasion,migration,and orientation on photochemically microprocessed surfaces" Journal of Biomedical Materials Research. 32. 165-173 (1996)
• [文献書誌] K.Doi,S.Satoh,T.Oka,T.Matsuda: "Impregnation of basic fibroblast growth factor on a microporous small caliber graft enhances vascularization" ASAIO Journal. 42(5). M394-M398 (1996)
• [文献書誌] K.Takamizawa,S.Niu,T.Matsuda: "Mathematical simulation of unidirectional tissue formation : in vitro transanastomotic endothelialization model" Journal of Biomaterials Science,Polymer Edition. 8(4). 323-334 (1997)