| 研究課題/領域番号 |
16H06329
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹内 昌治 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (90343110)
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| 研究分担者 |
長田 翔伍 東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (40751441)
大崎 寿久 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 人工細胞膜システムグループ, サブリーダー (50533650)
森本 雄矢 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (60739233)
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| 研究期間 (年度) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| キーワード | マイクロ・ナノデバイス / ナノバイオ / 移植・再生医療 / 再生医学 / 細胞・組織 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、申請者らが考案した「細胞ファイバ技術」に関して3つの大きな目的がある。
一つ目の「細胞ファイバの汎用的製造技術の構築」については、作製可能な種々の形態の細胞ファイバの一例として、鎖状ファイバの作製条件をまとめてMicromachines誌に報告した。また、同軸多層流の形成によって多層ファイバの作製が可能であることを見出し、Sens Actuators B Chem誌に報告した。
二つ目の「細胞ファイバの培養環境の最適化」については、特に細胞ファイバによって構築された三次元組織の特性理解を深めるために、ヒトiPS細胞由来神経幹細胞を用いて細胞外環境依存的な細胞内シグナル経路、遺伝子発現やエピジェネティックパターンを解析した。網羅的解析の一環として、分化誘導された神経ファイバ内部の細胞の種類を解析したところ、5種類の神経細胞が存在することが判明した。
三つ目の「細胞ファイバの応用展開」については、ヒト骨格筋細胞ファイバの分化成熟度を調べてExp Cell Res誌に報告するとともに、大型骨格筋細胞組織を屈筋と伸筋としてロボット骨格上に二つ配置することで、生体のように関節を回転して動くアクチュエータを実現して、Science Robotics誌に報告した。臓器チップへの応用に関しては、脂肪細胞ファイバが抗肥満薬の添加によって遊離脂肪酸を放出することを認めた。さらに、これまでのファイバ形状制御技術を応用して、ストレッチ刺激を負荷することにより厚みのある表皮構造を持つ人工皮膚チップの構築に成功し、Biofabrication誌に報告した。細胞治療への応用については、昨年度に引き続き、移植に伴う異物反応を最小化するための細胞ファイバのシェル材料や形状の条件検討に取り組んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
これまで、細胞ファイバ技術の応用展開先としては基礎生物学、薬理、細胞治療分野を想定していた。しかし、平成29年度に、正の電荷を有するナノ粒子を細胞ファイバ表面に塗布することで複数種類の細胞ファイバの束を形成できるようになったこと、また大型三次元組織の構築が可能になったことにより、平成30年度はさらにバイオセンサやバイオアクチュエータなどバイオロボットへの応用展開に取り組んだ。その結果、細胞ファイバの束をスライスすることによって、複数種類のセンサ細胞を搭載した細胞センサチップを作製することに成功した。今後、幅広い環境刺激を検出可能なバイオセンサが構築可能になると期待している。また、細胞ファイバ技術を用いて細胞が一方向に整列した大型組織が構築可能になったことを利用して、関節または屈曲部を有する基板上に細胞が整列した骨格筋組織を拮抗するように2つ形成することで、バイオアクチュエータの実現に成功した。形成された骨格筋組織が収縮運動可能なため、各々の筋組織を駆動源として生体に近い90度以上の関節の回転や屈曲部の変形をもたらすことが可能なことを明らかにした。このように既に細胞ファイバ技術を応用したバイオアクチュエータを実現しており、当初の予定を超える成果を上げることに成功しているが、今後も当該技術を発展させることで、様々な生体の運動を模擬したバイオアクチュエータが創出されることを十分期待でき、大幅に当初の予定を上回る成果が上がると見込まれる。
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| 今後の研究の推進方策 |
「細胞ファイバの汎用的製造技術の構築」について、細胞ファイバ作製デバイスをさらに改良し、作製中のファイバ観察を容易にするためのデバイスの透明化や少量の溶液からの細胞ファイバ作製が可能なデバイスの開発に取り組む。また、細胞ファイバのプリンティング技術を用いて種々の細胞ファイバを用いた大型三次元組織の構築に取り組む。
「細胞ファイバの培養環境の最適化」については引き続きデータを追加して「細胞ファイバデータベース」の充実を図る。
「細胞ファイバの応用展開」については、特に平成30年度に有用性が示唆された脂肪細胞ファイバをマイクロデバイスに搭載した臓器チップの開発を進める。また、細胞ファイバのシェルの物理的・化学的安定性や生体反応性を考慮したファイバ作製条件を検討し、移植後の異物反応を惹起しない細胞ファイバの開発に取り組む。さらに、センサ細胞ファイバを用いたバイオセンサや、骨格筋細胞ファイバを用いたバイオロボットへの応用展開についても取り組む予定である。
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