| 研究課題/領域番号 |
18K19897
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
船本 健一 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (70451630)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 流体工学 / ナノバイオ / マイクロ流体デバイス / 胎盤 / 低酸素 |
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| 研究実績の概要 |
申請者独自のヒト胎盤チップ（Placenta-on-a-chip）内で、ヒト胎盤の微小環境の構造と機能を模擬する方法について検討を行った。ヒト胎盤チップ内には、3本のゲル流路①，②，③が隣接して設けられており、それらを挟むように細胞培養液を供給する2本のメディア流路が並行して隣接している。ゲル流路①側を母体側とし、細胞性栄養膜細胞のモデルとしてヒト絨毛がん細胞（JEG-3）を用い、ゲル流路①と接するメディア流路で培養して栄養膜を形成する。一方、ゲル流路③側を胎児側とし、血管内皮細胞としてヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）を用い、ゲル流路③と接するメディア流路で培養することで血管内皮単層を形成し、実験に用いてきた。しかし、ヒト胎盤内の微小環境では毛細血管網が張り巡らされていることから、その構造をより忠実に再現するためには微小血管網をヒト胎盤チップ内に形成する必要があった。そこで、血管内皮細胞をゲル流路内で培養して3次元の微小血管網を構築することについて検討を行った。正常ヒト肺線維芽細胞（NHLF）とHUVECをフィブリンゲルに混合し、ヒト胎盤チップ内のゲル流路で培養することにより、微小血管網を安定的に構築する方法を確立した。また、構築した微小血管網に蛍光標識デキストランを流し、血管壁を通過してフィブリンゲルへ拡散する量を定量化し、微小血管網の物質透過率を計測する方法を検討した。ゲル流路②は、各メディア流路で細胞を培養する初期段階は空洞の状態にし、ある程度細胞が増殖した後にハイドロゲルを注入し、その時点で細胞間の相互作用を開始させて観察を行ってきた。両側のメディア流路内の細胞培養液の流れの制御と、各流路への異なる成分の細胞培養液の供給、ゲル流路を通過する間質流の制御を容易にするために、ヒト胎盤内の流路パターンの再検討と見直しを行い、メディア流路を完全に分離した状態へと改良した。
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| 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
ヒト胎盤の構造と機能をより忠実に模擬するために、ヒト胎盤チップ内に微小血管網を構築する方法とその血管網の物質透過性を定量評価する方法を確立した。また、細胞実験と胎盤機能の評価を容易にするために流路構造を改良した。ヒト胎盤チップにヒト胎盤内の微小環境の再現と、機能評価の実験に必要不可欠な技術が追加され、研究は着実に進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヒト胎盤チップ内で細胞性栄養膜細胞（ヒト絨毛がん細胞）と血管内皮細胞（ヒト正常臍帯静脈内皮細胞）を培養し、それぞれ栄養膜と微小血管網を形成する。酸素濃度の制御下における各細胞の挙動と、それらの細胞間の相互作用を調べる。特に、胎盤の形成過程における細胞性栄養膜細胞同士が融合する合胞体性栄養膜の形成と血管内皮細胞による血管新生について観察を行う。ヒト胎盤チップ内の2本のガス流路に酸素濃度の異なる混合ガスを供給することで母体側と胎児側の酸素濃度の差異を模擬した酸素濃度勾配を生成して時系列の細胞観察を行うとともに、形成された栄養膜と微小血管網の物質透過性の変化を定量評価する。さらに、胎児への栄養・酸素供給が不十分になる状態を模擬した低酸素・低栄養状態での実験を行う。ヒト胎盤チップ周囲の酸素濃度を全体的に下げるとともに、両側のメディア流路に供給する細胞培養液に含まれる生化学物質の調整を行う。このときの合胞体性栄養膜および細胞性栄養膜、血管内皮細胞層内の細胞群の挙動と細胞の形態を顕微鏡観察により評価し、物質透過性を計測して機能を評価する。実験後の細胞に対して免疫蛍光染色やウェスタンブロッティングによる解析を行い、観察された変化のメカニズムについて考察する。
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