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2019 年度 実績報告書

バイオ3Dプリンタ、幹細胞技術を用いた心血管組織の開発と、組織内細胞動態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H02674
研究機関佐賀大学

研究代表者

森田 茂樹  佐賀大学, 医学部, 客員研究員 (70243938)

研究分担者 荒井 健一  佐賀大学, 医学部, 特任助教 (40752960)
中山 功一  佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609)
伊藤 学  佐賀大学, 医学部, 助教 (50555084)
戸田 修二  佐賀大学, 医学部, 教授 (80188755)
野出 孝一  佐賀大学, 医学部, 教授 (80359950)
古川 浩二郎  佐賀大学, 医学部, 客員研究員 (90264176)
五條 理志  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90316745)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード組織工学 / 幹細胞技術 / 組織内細胞動態 / 心血管組織
研究実績の概要

古典的な細胞自己凝集現象(スフェロイド形成)やスフェロイド融合現象を利用し、任意の3次元組織を構築する技術を開発してきた。組織工学技術にヒトiPS 由来細胞などの幹細胞技術を応用することで移植可能な機能的な心血管組織を開発すると共に、その組織の成熟過程における細胞動態を解明することを本研究の目的としている。ヒトiPS由来心筋細胞を用いて大型な組織を作製するために大量のiPS由来心筋細胞が必要となる。簡便で安価なiPS由来心筋細胞を入手するため、iPS細胞253G1株でPSC Cardiomyocyte Differentiation Kitを用いた分化誘導を行った。iPS由来心筋細胞及び線維芽細胞、iPS由来血管内皮細胞を混合させたより高機能な心筋組織型スフェロイドの作製を用いて拍動する心筋構造体の作製に成功した。また血管新生促進や血管内皮増殖因子(VEGF)の産生分泌促進が期待される合成化合物をスフェロイド形成段階の培養添加因子として加えることで、より高機能なiPS細胞由来心筋スフェロイドの作製に成功し、PDFを介して拍動、収縮が促進されることを見出した。
心筋構造体に関しては移植実験までは進んでいないが、より大型化した心筋構造体の作製には成功した。血管様構造体の作製においては、ヒト由来線維芽細胞を主体とする構造体で、外科的手法を加える新たな免疫不全ミニブタへの移植実験に成功した。

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

血管構造体においては構築法、成熟方法の改良によって、移植において十分な力学的強度が得られ、ヒト由来線維芽細胞を主体とするものであるが、大動物での長期的な移植結果が得られた。心筋構造体に関してはより高機能な心筋組織型スフェロイドの作製に成功し、大型化はできているが移植実験までは進んでいないため、やや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

引き続きヒトiPS細胞から機能的心筋組織の構築法とバイオリアクター内での組織成熟方法を確立し、組織の大型化に向けて研究を進める。血管構造体においては構造体の成熟方法をさらに改良することで、移植後のより長期的な検証へと発展させたい。心筋構造体においてはより高機能な心筋組織型スフェロイドの作製し移植実験まで発展させたい。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Development of an immunodeficient pig model allowing long-term accommodation of artificial human vascular tubes2019

    • 著者名/発表者名
      Itoh Manabu、Mukae Yosuke、Kitsuka Takahiro、Arai Kenichi、Nakamura Anna、Uchihashi Kazuyoshi、Toda Shuji、Matsubayashi Kumika、Oyama Jun-ichi、Node Koichi、Kami Daisuke、Gojo Satoshi、Morita Shigeki、Nishida Takahiro、Nakayama Koichi、Kobayashi Eiji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 2244

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41467-019-10107-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 2-Cl-C.OXT-A stimulates contraction through the suppression of phosphodiesterase activity in human induced pluripotent stem cell-derived cardiac organoids2019

    • 著者名/発表者名
      Kitsuka Takahiro、Itoh Manabu、Amamoto Sojiro、Arai Ken-ichi、Oyama Junichi、Node Koichi、Toda Shuji、Morita Shigeki、Nishida Takahiro、Nakayama Koichi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 14 ページ: e0213114

    • DOI

      https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213114

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Translational research of Kenzan method Bio-3D Printer for vascular surgery.2019

    • 著者名/発表者名
      Itoh Manabu
    • 学会等名
      Thailand-Japan International Symposium for Regenearative Medicine.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 新たな免疫不全ブタモデルを用いたヒト細胞製人工血管の安全性・有効性検証2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学, 中山功一, 小林英司
    • 学会等名
      第46回日本臓器保存生物医学会学術集会
  • [学会発表] 心臓血管再生医療研究と臨床応用に向けて2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学
    • 学会等名
      第27回佐賀心不全研究会
  • [学会発表] バイパス治療の役割と人工血管再生医療への取り組み2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学
    • 学会等名
      第19回 日本病院総合診療医学
  • [学会発表] 組織工学を用いた小口径細胞製人工血管の現状と展望2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学
    • 学会等名
      第28回 腎疾患治療連携研究会組織工学を用いた小口径細胞製人工血管の現状と展望
  • [図書] 【再生医療up to date】【多次元構造臓器の再生】スキャフォールドフリー小口径細胞製人工血管 臨床 応用に向けて2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学, 中山功一
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      腎と透析
  • [図書] バイオ3Dプリンティング技術の人工血管分野への医療応用2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤 学, 野出孝一, 松林久美香, 中山功一
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      日本アフェレシス学会雑誌
  • [産業財産権] 血管拡張器具2019

    • 発明者名
      伊籐 学
    • 権利者名
      伊籐 学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2019/004459
    • 外国

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公開日: 2021-01-27  

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