| 研究課題/領域番号 |
19K12793
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| 研究機関 | 福井工業大学 |
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研究代表者 |
古澤 和也 福井工業大学, 環境情報学部, 准教授 (00510017)
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| 研究分担者 |
大能 俊久 福井工業大学, 環境情報学部, 准教授 (60390902)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | インビトロ生体システム / 再生組織 / 組織工学 / 再生肝組織 / 再生腸上皮組織 / 組織―組織間相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、生体組織の階層構造と、組織と組織の間の相互作用を同時に再現するin vitro生体システムを構築し、組織-組織間の相互作用や組織の階層構造がこの相互作用に及ぼす影響を解明することである。本研究では、多管構造を持つコラーゲンゲル（以下MCCGと表記）を用いて、腸陰窩構造を持つ再生腸上皮組織を構築する技術の開発と、再生腸上皮組織と再生肝組織からなるin vitro生体システムの開発を行った。また、本in vitro生体システムに組み込むことが可能な再生筋組織を構築する方法も確立した。
円盤状のMCCGの多管構造表面に直接ヒト大腸がん由来上皮細胞（Caco-2）を播種して再生腸上皮組織を構築した。構築した再生腸上皮組織の組織形態観察より、Caco-2がMCCGの多管構造の壁に沿って菅腔様の構造を作り、さらに管腔様構造がMCCGの多管構造の底まで連続していることから、大腸上皮と同様の腸陰窩構造を形成していることが明らかとなった。以上より、大腸上皮の形態を高度に再現する方法を確立することができた。本成果は、本研究の目的達成以外にも、腸上皮をターゲットとした創薬研究や食品機能成分の開発など広範な分野において応用可能な技術を提供する波及的効果の高い成果であると言える。
上記再生腸上皮組織と既に確立してあった再生肝組織の構築技術を組み合わせて、再生腸上皮組織と再生肝組織とからなるin vitro生体システムの試作品を作製した。また、同時に二種の組織を培養維持するための培養条件を決定することもできた。
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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
本年度はin vitro生体システムを構成する再生組織となる再生腸上皮組織の構築技術を確立するための研究を遂行した。多管構造を持つコラーゲンゲル（MCCG）にCaco-2を播種することにより、再生腸上皮組織を構築することができた。本再生腸上皮組織ではMCCGの多管構造に沿ってCaco-2が管腔構造を構築しており、管腔の直径が徐々に変化している様子など大腸上皮の組織形態を高度に再現していた。以上より、当初計画通り人再生腸上皮組織の構築を実現することができたと言える。
次に、上記再生腸上皮組織をボイデンチャンバー内に配置し、同じくMCCGを用いて構築した再生肝組織をマルチウェルプレートに配置することで、二種の組織を同時に共培養維持する方法を確立した。これは腸上皮組織と肝組織の二種組織からなるin vitro生体システムであり、今後本システムを利用することにより腸-肝相互作用を調べるためのモデルシステムとして使用することが可能になると期待している。
in vitro生体システムに組み込む別の再生組織の構築についても並行して研究を遂行した。一つはMCCGを用いて構築した再生筋組織である。本システムを上記in vitro生体システムに組み込むことで、筋―肝相互作用や腸―肝―筋相互作用を培養容器中に再現することが可能となると期待している。
以上のように、本年度はin vitro生体システムの構築に向けた要素技術を確立することに成功したと言えることから、本研究はおおむね順調に進展していると自己評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は、再生腸上皮組織と再生肝組織を培養維持することが可能な共培養条件を条件検討する所まで実現することができた。2020年度は、本in vitro生体システムを用いて共培養が両組織の組織形態や組織間相互作用に与える影響を解明するための研究を遂行する。具体的には、以下の研究を遂行する予定である。
１．腸上皮組織を介した培養液成分の輸送機能に肝組織との共培養が与える影響の解明
２．腸上皮組織と肝組織の共培養が肝機能に及ぼす影響の解明
以上の二つの研究を通して、組織間相互作用が一つの培養容器中に再現されていることを実証する。
一方で、再生腸上皮組織と再生肝組織とを血管と神経とを介して機能的に接続する技術を確立することにも挑戦する。そのためには腸-肝-血管-神経の四種の組織を同時に培養維持するための共培養条件を検討する必要があるため、この課題を解決することから研究を遂行する。
構築したin vitro生体システムが組織間相互作用を再現していることを実証した後で、実際に本in vitro生体システムに食品機能成分などを作用させることで、それが本当に生体にとって効果のある成分なのかそうでないのかを調べる研究についても実施する予定である。さらに、再生筋組織や大脳オルガノイドなど、さらなる異種組織を本システムに接続することで、より複雑な生体機能を培養容器中に再現する方法についても確立する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度の研究費についてそのほとんどを、研究目的を達成するための研究に使用することができたが、わずかに未使用の予算が生じた。これは、その時点において必要となる試薬等（液体培地や血清などの試薬やプラスチック製品など）が充足されていたためであり、またさらに研究を遂行するために必要な物品等（シェイカーなどの機器）を購入するには不足していたためである。
従って、次年度使用額に対応する研究費については、2020年度の研究費と併せて、研究に遂行に必要な試薬等消耗品（液体培地と抗生物質）の購入費用として使用する。
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