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2016 年度 実施状況報告書

バイオ3Dプリンターを用いたスキャホールドフリー心筋構造体の作製及び機能の検討

研究課題

研究課題/領域番号 16K19968
研究機関佐賀大学

研究代表者

荒井 健一  佐賀大学, 医学部, 寄附講座助教 (40752960)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードバイオ3Dプリンタ / 組織工学 / 心筋ポンプ / iPS細胞
研究実績の概要

接着細胞の自己凝集能を利用したスフェロイドを任意の形態で積層することで、足場材料を使用せずに3次元組織を作製出来る「バイオ3Dプリンタ」を開発してきた。本研究ではバイオ3Dプリンタを用いた心筋構造体を作製している。
平成28年度は、ヒト心筋スフェロイドの作製及び、ヒト心筋構造体の作製に取り組んだ。ヒト心筋スフェロイドは、ヒトiPS由来心筋細胞、血管内皮細胞、線維芽細胞を任意の比率で作製することで、培養7日目には、スフェロイド内部で血管網が構築されていると思われる箇所が確認された。加えて、バイオ3Dプリンタを用いて構造体を作製する為に重要な要素であるスフェロイド直径、真円度も安定していた。更に、スフェロイドの拍動を撮影した動画を解析した結果、一定のリズムで収縮を繰り返していることが明らかになった。
上記で作製したスフェロイドを用いてバイオ3Dプリンタにより心筋構造体を作製した。その結果、培養1日目には、スフェロイド同士の融合が始まり拍動が同期していた。培養7日目に、剣山から回収することでチューブ状の心筋構造体を得ることが出来た。本構造体は、剣山から回収直後は、スフェロイドの形態が残っていたが、更に培養を続けることで、滑らかな状態となった。更に組織標本を作製し、各細胞種が構造体内でどのような挙動を示しているのか確認した。その結果、構造体の内部には血管内皮細胞が局在し、血管網と思われる箇所が見られ、心筋細胞は主に外側に局在していた。このことから、スフェロイド同士が融合し、構造体を作製することで自己組織化が生じている可能性が示唆された。

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

平成28年度に遂行する予定のヒト心筋スフェロイドの作製及び、バイオ3Dプリンタを用いたヒト心筋構造体の最適な作製方法は、ほとんど確立出来た。加えてスフェロイド、構造体のカルシウムイメージング、マイクロ粒子を用いた拍動の非侵襲的な検討を始めている点から、順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

平成28年度の結果を踏まえて、平成29年度は心筋構造体を侵襲・非侵襲的に評価して、移植まで応用可能か検討する。現在、課題としては作製した心筋チューブ構造体は剣山から回収直後は強い拍動を有するが、培養を続けていくと拍動が徐々に弱くなってしまうことが明らかになっている。解決策として物理刺激又は電気刺激が可能なバイオリアクターの開発を検討する。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [学会発表] バイオ3Dプリンタを用いたチューブ型心筋構造体の作製2017

    • 著者名/発表者名
      荒井健一、小島敦子、迎洋輔、伊藤学、森田茂樹、中山功一
    • 学会等名
      第16回日本再生医療学会総会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-09
  • [学会発表] Fabrication of scaffold-free cardiac construct by bio 3D-printer.2016

    • 著者名/発表者名
      Arai K, Ojima A, Mukae Y, Morita S, Nakayama K.
    • 学会等名
      International Conference on Biofabrication
    • 発表場所
      Wiston-Salem, North Carolina, USA
    • 年月日
      2016-10-29 – 2016-10-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Addition of human iPS-derived neural progenitors influences the contractile function of cardiac spheroids2016

    • 著者名/発表者名
      Mukae Y, Itoh M, Furukawa K, Kitsuka T, Arai K, Oyama J, Nakayama K, Node K, Morita S
    • 学会等名
      International Conference on Biofabrication
    • 発表場所
      Wiston-Salem, North Carolina, USA
    • 年月日
      2016-10-29 – 2016-10-31
    • 国際学会
  • [図書] バイオ・医療への3Dプリンティング技術の開発最前線「バイオ3Dプリンタを用いた立体構造体の作製と将来的な展望」2016

    • 著者名/発表者名
      荒井健一、中山功一
    • 総ページ数
      230(117-125)
    • 出版者
      シーエムシー出版

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公開日: 2018-01-16  

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