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2016 年度 実績報告書

送液可能な血管網を備えた立体的な肝組織の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16H04573
研究機関横浜国立大学

研究代表者

福田 淳二  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80431675)

研究分担者 丸尾 昭二  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00314047)
渡邉 昌俊  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90273383)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード肝組織 / 血管 / 送液培養 / 平滑筋
研究実績の概要

再生医療の分野における最大の課題の一つは、立体的な組織、臓器を作製する技術の開発である。今のところ送液可能な血管構造を構築する技術がないため、作製できる移植用組織のサイズは酸素の拡散範囲という制限がかかり、かなり薄いものに限られている。本研究では、独自に開発した電気化学を利用した細胞脱離技術を用いて血管構造を構築する技術を確立する。電気化学細胞脱離を用いて大きめの血管様構造を構築し、そこから毛細血管ネットワークを伸長させた。ただし、並走する血管様構造の間に圧力差が生じないため、形成させた毛細血管に培養液の対流が生じることはなかった。そこで、直径の異なる血管様構造やテーパー型の血管様構造を構築し、毛細血管網へ培養液が送液されるよう工夫した。さらに、作製する大き目の血管には圧力が負荷されるが、毛細血管のみの血管構造ではこの圧力に耐えることができない。そこで、生体血管と同様に平滑筋構造を付与することを検討した。つまり、血管構造をモールディングする際にハイドロゲル内にあらかじめ平滑筋細胞を導入し、血管内皮細胞の周囲を平滑筋細胞にて覆わせるようにした。特に、ゲル内での細胞密度を高めるため、平滑筋細胞にはあらかじめスフェロイドを形成させ、高密度でハイドロゲル内に充填した。その結果、平滑筋細胞による牽引力によってハイドロゲルが収縮し、さらに細胞密度が上昇した。血管収縮作用のある薬剤を培養系に添加したところ、平滑筋の収縮が生じ、血管構造の直径が小さくなる様子も観察された。

現在までの達成度 (区分)
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

研究計画書において平成28年度に確立すると記載した技術の確立は達成された。特に、本研究の最も重要な基礎技術である送液可能な血管網構造の構築技術は、これまでの予備実験をもと、光造形技術を用いたテーパー型ニードルを用いて構築し、その圧力勾配により毛細血管網へ液の流れが生じることを実証した。

今後の研究の推進方策

生体の肝小葉では、毛細血管に並走するように毛細胆管が備わっている。毛細胆管には、肝細胞が血液中から吸収した脂溶性物質を主成分とする胆汁が分泌され、これが集められて胆のうに貯蔵される。この胆汁は小腸に分泌され、脂溶性物質の消化・吸収に寄与している。肝不全に陥ると、この脂溶性物質の腸肝循環が破綻し、血液中の脂溶性物質の濃度が上昇し、全身に深刻な悪影響を及ぼす。つまり、再生医療のための肝組織として、胆管構造を備えることは非常に重要である。そこで、血管様構造を作製するのと同様に、胆管上皮細胞をニードル上に播種し、胆管様構造を形成する。肝細胞の間に微小胆管が形成され、胆汁が蓄積されることはすでに分かっていることから、この胆管様構造へ毛細胆管から胆汁が送り込まれるような条件を見出す。
一方、肝機能は500種類以上あるため、構築した肝組織が治療に有効であることを示すには、肝不全動物を用いた評価が不可欠である。予備検討において、デバイス内に血液を送液できること、ヒトiPS細胞由来肝細胞がアルブミンを分泌し、マウス内の血中から検出されることを確認している。今後、適切な肝不全モデル動物の作製と移植法を確立し、治療効果の実証に取り組む。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Flatbed epi relief-contrast cellular monitoring system for stable cell culture2017

    • 著者名/発表者名
      T. Osaki, T. Kageyama, Y. Shimazu, D. Mysnikova, S. Takahashi, S. Takimoto, J. Fukuda
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: in press ページ: n/a

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Catch-and-Release of Target Cells Using Aptamer-Conjugated Electroactive Zwitterionic Oligopeptide SAM2017

    • 著者名/発表者名
      J. Enomoto, T. Kageyama, T. Osaki, F. Bonalumi, F. Marchese, A. Gautieri, E. Bianchi, G. Dubini, C. Arrigoni, M. Moretti, and J. Fukuda
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 43375

    • DOI

      10.1038/srep43375

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In situ cross-linkable gelatin-CMC hydrogels designed for rapid engineering of perfusable vasculatures2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kageyama, T. Osaki, J. Enomoto, D. Myasnikova, T. Nittami, T. Hozumi, T. Ito, and J. Fukuda
    • 雑誌名

      ACS Biomaterials Science & Engineering

      巻: 2 ページ: 1059-66

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.6b00203

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Engineering thick cell sheets by electrochemical desorption of oligopeptides on membrane substrates2016

    • 著者名/発表者名
      J. Enomoto, N. Mochizuki, K. Ebisawa, T. Osaki, T. Kageyama, D. Myasnikova, T. Nittami, J. Fukuda
    • 雑誌名

      Regenerative Therapy

      巻: 3 ページ: 24-31

    • DOI

      10.1016/j.reth.2015.12.003

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rational Design of Prevascularized Large 3D Tissue Constructs Using Computational Simulations and Biofabrication of Geometrically Controlled Microvessels2016

    • 著者名/発表者名
      C. Arrigoni, M. Bongio, G. Dubini, S. Bersini, J. Enomoto, J. Fukuda, M. Moretti
    • 雑誌名

      Advanced Healthcare Materials

      巻: 5 ページ: 1617-26

    • DOI

      10.1002/adhm.201500958

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 送液可能な血管様構造を用いた血管新生評価デバイスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      篠原礼奈、榎本詢子、大﨑達哉、小関智光、中尾裕利、福田淳二
    • 学会等名
      第16回日本再生医療学会総会
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-09
  • [学会発表] Surface Design for Catch-and-release of Target Cells using Electrochemical Cell Detachment2017

    • 著者名/発表者名
      Junko Enomoto, AlfonsoGautieri, Junji Fukuda
    • 学会等名
      12th Annual International Electromaterials Science Symposium
    • 発表場所
      North Wollongong, Australia
    • 年月日
      2017-02-08 – 2017-02-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Engineering 3D tissues using oxygen-permeable spheroid plate2016

    • 著者名/発表者名
      Kisaki Onishi, Junko Enomoto, Rena Shinohara, Dina Myasnikova, Junji Fukuda
    • 学会等名
      Termis-AM 2016
    • 発表場所
      San diego, USA
    • 年月日
      2016-12-11 – 2016-12-14
    • 国際学会
  • [学会発表] Large-scale preparation of hair follicle germs using oxygen-permeable PDMS microarray chips.2016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuto Kageyama and J. Fukuda
    • 学会等名
      3rd International Conference on Biomaterial Science in Tokyo 2016 (ICBS2016)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-11-28 – 2016-11-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Array of perfusable three-dimensional microvasculatures on active tilting stage2016

    • 著者名/発表者名
      Rena Shinohara, Junko Enomoto, Tatsuya Osaki, Yuka Kobayashi, Tomomitsu Ozeki, Hirotoshi Nakao, Junji Fukuda
    • 学会等名
      2016MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 微細加工技術を用いた毛包原基大量調製容器の開発2016

    • 著者名/発表者名
      景山達斗・吉村知紗・園山由希江・清水亮啓・Yan Lei・福田 淳二
    • 学会等名
      第21回日本臨床毛髪学会学術集会
    • 発表場所
      はまぎんホール ヴィアマーレ
    • 年月日
      2016-11-26 – 2016-11-27
  • [学会発表] 間葉系細胞包埋ゲルビーズを用いた毛髪再生技術の開発2016

    • 著者名/発表者名
      景山達斗・福田 淳二
    • 学会等名
      第54回日本人工臓器学会大会
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-11-23 – 2016-11-25
  • [学会発表] Transplantation of tailored cell sheets using micro stereolithography and electrochemical cell transfer2016

    • 著者名/発表者名
      Yuka Kobayashi, Christopher E.J. Cordonier, Fuminori Nagase, Hideo Honma, Shoji Maruo, Junji Fukuda
    • 学会等名
      International Conference on Biofabrication 2016
    • 発表場所
      Winston-Salem, USA
    • 年月日
      2016-10-29 – 2016-10-30
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸素透過性マイクロウェルアレイチップを用いた毛包原基の大量調製2016

    • 著者名/発表者名
      景山達斗、吉村知紗、片岡健、福田淳二
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場
    • 年月日
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [学会発表] アプタマー修飾オリゴペプチド層を用いた選択的な細胞のキャッチ&リリース2016

    • 著者名/発表者名
      榎本詢子、Alfonso Gautieri、福田淳二
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場
    • 年月日
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [学会発表] マイクロ光造形法と生体適合性金めっきを用いた立体細胞シートの作製2016

    • 著者名/発表者名
      小林優香、Christopher E.J. Cordonier、永瀬史憲、本間英夫、丸尾昭二、福田淳二
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場
    • 年月日
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [学会発表] 膵βスフェロイドの遠心充填による立体組織作製2016

    • 著者名/発表者名
      大西希咲、榎本詢子、福田淳二
    • 学会等名
      第67回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場
    • 年月日
      2016-09-28 – 2016-09-30
  • [学会発表] 膵βスフェロイドの中空糸充填による立体組織作製2016

    • 著者名/発表者名
      大西希咲、榎本詢子、Dina Myasnikova、福田淳二
    • 学会等名
      第33回化学とマイクロ・ナノシステム学会
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2016-04-25 – 2016-04-26
  • [産業財産権] 培養装置及び培養方法2016

    • 発明者名
      小関智光、中尾裕利、福田淳二、篠原礼奈、大崎達哉
    • 権利者名
      株式会社アルバック、横浜国立大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-091020
    • 出願年月日
      2016-04-28

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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