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2018 年度 実施状況報告書

細胞集合体誘導技術と足場との組み合わせによる3次元組織の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16K01400
研究機関関西大学

研究代表者

平野 義明  関西大学, 化学生命工学部, 教授 (80247874)

研究分担者 大槻 周平  大阪医科大学, 医学部, 講師 (20589840)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード細胞集合体 / 足場 / ペプチドハイドロゲル / 自己組織化 / RGDS / 軟骨細胞 / 半月板 / 分化誘導
研究実績の概要

今年度は「細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲル足場のin vivo 評価」を中心に研究を遂行した。具体的には、軟骨・骨芽細胞集合体や幹細胞(hMSC)細胞集合体をペプチドハイドロゲル内に埋入後、ウサギの軟骨および半月板損傷モデルに移植して、細胞集合体からの3 次元組織への構築挙動を解析する。その際、ハイドロゲルのみやハイドロゲルに細胞集合体誘導ペプチドを添加した場合について、動物組織からの細胞遊走についても観察する。さらには、組織再生挙動や細胞の増殖・分化やハイドロゲルの分解挙動を組織学的に解析する。動物実験における軟骨損傷モデルや半月板損傷モデルについては、実験手技が確立している大阪医科大学整形外科で実施した。
先ずは、ペプチドハイドロゲルの毒性試験を行ったところ、細胞毒性等は認められなかった。次に、ペプチドと生理食塩水の混合によって調整したハイドロゲルのみを半月板損傷モデルに埋入し組織再生能力を検討した。その結果、ハイドロゲルの力学的特性が弱いため、体液等で溶出してしまい組織の再生が全く観られないことが分かった。そこで、ゲル化の手法を詳細に検討したところ、ゲル化溶媒としてPBSの濃度を制御してゲルを形成させることで、これまでの生理食塩水を用いて作成したゲルより力学物性が約5倍程度高くなるゲルの作製方法を見出した。このゲルのみを半月板に損傷モデルに埋入したところ、約8週間で半月板組織が再生できていることが分かった。
以上の結果から、ゲルの強度が半月板再生に影響をおよぼしていることが明らかになった。さらには幹細胞がなくても半月板が再生できる可能性を示唆する結果となった。

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

本研究の最終目標は、軟骨や骨再生や骨移植への組織工学的な指針を示すことである。
今年度の研究では、目標であるハイドロゲルのみを注入することによる半月板再生が、動物実験において達成出来た。当初は、hMSCによる半月板再生の相乗的効果を期待していたが、前述の結果より集合体を埋入する必要がなくなった。これより、小さな欠損であればhMSCは必要ないが、欠損のサイズによってはhMSCの細胞集合体が必要となると推察できる。
ハイドロゲルとhMSCの両者を用いた半月板再生に関しては、次年度に実施する予定である。
以上のように、当初の計画通り実験を遂行し概ね良好な結果が得られた。また、次年度以降の研究の課題も明らかになった。よって概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

ハイドロゲルのみで半月板の損傷が再生できるか、損傷の度合いや大きさなどを詳細に検討する必要がある。また、損傷の度合いが大きい場合や再生能力が弱い場合には、hMSCなどの細胞集合体を同時に埋入することにより再生の促進の度合いを評価する必要がある。
ハイドロゲルとhMSCの両者を用いた半月板再生に関しては、次年度以降に詳細に検討する必要がある。また、適応範囲についても検討が必要である。

次年度使用額が生じた理由

最終年度に予定していた、半月板再生のin vivo実験において、組織再生挙動や細胞の増殖・分化やハイドロゲルの分解挙動の組織学的な解析に時間を要したため。また、追加実験として長期埋入in vivo実験の解析を行うため、その経費を次年度繰越金とする。加えて、本内容を海外での学会にて発表する予定であるため。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Cell Aggregation Induced Sequential Peptide for 3D Culture2019

    • 著者名/発表者名
      S. Takashiro, S. Kakinoki, Y. Hirano
    • 雑誌名

      Peptide Science

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anti-Ice Nucleation Activities of Tyrosine Peptide2018

    • 著者名/発表者名
      E. Tagawa, M. Ura, E. Nakatsuka, Y. Hirano, H. Kawahara
    • 雑誌名

      Biocontrol Science

      巻: 23, 2 ページ: 81-83

    • DOI

      https://doi.org/10.4265/bio.23.81

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superfine Magnetic Resonance Imaging of the Cerebrovasculature Using Self-Assembled Branched Polyethylene Glycol-Gd Contrast Agent2018

    • 著者名/発表者名
      A. Mahara, J. Enmi, Y. I. Hsu, N. Kobayashi, Y. Hirano, H. Iida
    • 雑誌名

      Macromol. Biosci. 2018

      巻: 18, 1700391 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/mabi.201700391

    • 査読あり
  • [学会発表] Functional Evaluation of Cell Aggregation Inducing Peptide for 3D Cell Culture2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirano
    • 学会等名
      KUMP International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Cell Aggregation Induced Sequential Peptide for 3D Culture2018

    • 著者名/発表者名
      S. Takashiro, S. Kakinoki, Y. Hirano
    • 学会等名
      10th International Peptide Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of β-hairpin Peptides Incorporation RGDS for Tissue Engineering Scaffold2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirano, R. Yokokawa, A. Jo, S. Kakinoki
    • 学会等名
      5th Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society World Congress-2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of Barnacle-mimetic Peptide Enhanced Cell AttachmentActivity for Tissue Engineering Scaffold2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirano, D. Fujii, S. Kakinoki, K. Kamino
    • 学会等名
      5th Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society World Congress-2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional Evaluation of Cell Aggregation Induced Peptide for 3D Cell Culture2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirano, S. Takashiro, Y. Yamamoto, S. Kakinoki
    • 学会等名
      5th Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society World Congress-2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 半月板再生のためのペプチドハイドロゲルの設計2018

    • 著者名/発表者名
      青山 丈,奥野修大,大槻周平,根尾昌志,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第23回関西大学先端科学技術シンポジウム
  • [学会発表] 組織工学用ペプチドハイドロゲルの機械的特性の向上2018

    • 著者名/発表者名
      青山 丈,奥野修大,大槻周平,根尾昌志,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 弾性率と生分解性を独立して制御可能なシルクゲルの開発2018

    • 著者名/発表者名
      溝口裕二,神戸祐介,平野義明,山岡哲二
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 3D足場材料としての単層β-ヘアピンペプチドハイドロゲルの設計2018

    • 著者名/発表者名
      横川亮祐,聶 文希,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第40回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] β-シートペプチドの自己組織化による組織工学用材料の設計2018

    • 著者名/発表者名
      藤井大輔,横川亮祐,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ペプチドを用いて誘導した細胞集合体の環境適応性2018

    • 著者名/発表者名
      髙城伸之助,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会関西ブロック 第13回若手研究発表会
  • [学会発表] シルクゲルの弾性率と生分解性の自在制御2018

    • 著者名/発表者名
      溝口裕二,神戸祐介,平野義明,山岡哲二
    • 学会等名
      日本バイオマテリアル学会関西ブロック 第13回若手研究発表会
  • [学会発表] β-シートペプチドを用いた細胞接着性ハイドロゲルの分子設計2018

    • 著者名/発表者名
      藤井大輔,紙野 圭,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第47回医用高分子シンポジウム
  • [学会発表] 圧縮弾性率と生分解速度を独立して制御可能なシルクゲルの創出2018

    • 著者名/発表者名
      溝口裕二,神戸祐介,平野義明,山岡哲二
    • 学会等名
      第64回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] フジツボ由来ペプチドを用いた組織工学用ハイドロゲルの分子設計と機能評価2018

    • 著者名/発表者名
      藤井大輔,紙野 圭,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
  • [学会発表] “single-layer” β-ヘアピン構造の分子設計およびペプチドハイドロゲルの創出2018

    • 著者名/発表者名
      横川亮祐,柿木佐知朗,平野義明
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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