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2020 年度 実施状況報告書

ペプチド技術の融合による細胞の3次元化と組織工学への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K12810
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) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード組織工学 / 細胞集合体 / 細胞集合体誘導ペプチド / 足場材料 / ペプチドハイドロゲル / VEGF / 軟骨 / 半月板
研究実績の概要

本年度は、研究計画書に基づいて下記の2項目について、研究を遂行した。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの機能解析
ペプチドハイドロゲルと細胞集合体との融合によるオルガノイド様組織形成の検討
肝細胞(HepG2, HepRG)と血管内皮細胞(HUVEC)やヒト間葉系肝細胞(hMSC)とHUVECを用いた、細胞集合体誘導ペプチドの効果を検証したところ、何れの細胞においても集合体を誘導することが可能となり細胞機能も維持向上できることが明らかになった。また、共培養条件については、培養条件の確立を目指したが明確な条件を見出すことができなかった。さらに、細胞集合体誘導ペプチドにVEGFRとの相互作用が確認できたため、細胞集合体誘導ペプチド固定化基材上でHUVECとの相互作用を確認できた。肝臓オルガノイド様組織の観察解析は、研究展開できなかった。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの半月板再生評価
ペプチドハイドロゲルが半月板再生に有効かどうかについてウサギの半月板・軟骨損傷モデルに埋入して検証した。また、半月板再生用足場としての機械特性についても合わせて検証した。その結果、いずれも細胞を埋入せず半月板・軟骨損傷が12週程度で再生した。ハイドロゲルと細胞集合体ハイブリッドによる再生については、細胞埋入しないハイドロゲルと比較検討することが大きな課題となった。軟骨・骨芽細胞集合体やhMSC集合体を埋入したペプチドハイドロゲルをin vitroで解析したところ、ゲル内で増殖することが明らかになった。また、埋入する細胞数や培養条件のコントロールがとても重要であることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルスの蔓延により緊急事態宣言が発出され、研究室閉鎖や研究室使用の時間制限が行われたため研究計画より遅れていると判断する。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの機能解析;概ね予定通りに研究を遂行したが、肝臓オルガノイド様組織の観察解析は、研究展開できなかった。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの半月板再生評価;概ね予定通りに実施したが、再現性や条件検討を十分行うことができなかった。
以上のように、研究時間の制約により目標を達成出来なかった。達成出来なかった目標については、令和3年度に実施予定である。

今後の研究の推進方策

研究計画に従い、令和3年度の研究を遂行する予定である。また、令和2年度の実施できなかった内容については、可能な限り実施する予定である。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの機能解析;ペプチドハイドロゲルと細胞集合体との融合によるオルガノイド様組織形成の検討肝細胞(HepG2, HepRG)と血管内皮細胞(HUVEC)やヒト間葉系肝細胞(hMSC)とHUVECを用いた共培養システム化において、細胞集合体誘導ペプチドの効果を検証する。オルガノイド様組織には、血管の組織の導入が不可欠であるため2種類の細胞を共培養し検討する。また、細胞集合体誘導ペプチドにVEGFRとの相互作用が確認できたため、本ペプチドの効果が大いに期待でき、その有用性を検討する。最終的には、細胞集合体誘導ペプチドと肝内胚葉細胞、血管内皮細胞、間葉系細胞を共培養することにより早く効率的に肝臓オルガノイド様組織が形成されるかを検討する。形成された肝臓オルガノイド様組織は、組織学的に解析し評価する。
・細胞集合体埋入ペプチドハイドロゲルの半月板再生評価;ペプチドハイドロゲルが半月板再生に有効かどうかについてウサギの半月板・軟骨損傷モデルに埋入して検証する。また、半月板再生用足場としての機械特性についても併せて検証する。その後、軟骨・骨芽細胞集合体やhMSC集合体を埋入したペプチドハイドロゲルを、ウサギの半月板・軟骨損傷モデルに埋入して、細胞集合体組織の挙動や細胞の増殖・組織再生状態やハイドロゲルの分解挙動を解析する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス蔓延にによる緊急事態宣言発出により、実験計画に遅れが生じた。また、出張や学会発表の機会が大幅に制限されたことにより、使用金額に変更が生じた。本年度実施できなかった実験の消耗品に充足する。また、出張費に関しても出張が制限された場合は、細胞実験関連の消耗品として使用する予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Design of RGDS Peptide-Immobilized Self-Assembling β-Strand Peptide from Barnacle Protein2021

    • 著者名/発表者名
      Fujii Daisuke、Takase Kento、Takagi Ami、Kamino Kei、Hirano Yoshiaki
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 ページ: 1240~1240

    • DOI

      10.3390/ijms22031240

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discovery of Cell Aggregate-Inducing Peptides2021

    • 著者名/発表者名
      Futaki Yudai、Amimoto Ikumi、Tanaka Megumi、Ito Tomoki、Hirano Yoshiaki
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 9 ページ: 538~538

    • DOI

      10.3390/pr9030538

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of Anti-ice Nucleation Peptide Applied for Cell Culture Media2021

    • 著者名/発表者名
      Kaya Ichikawa、Yoshiaki Hirano
    • 雑誌名

      Peptide Science 2020

      巻: 2020 ページ: 63-64

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feasibility of a self‐assembling peptide hydrogel scaffold for meniscal defect: An in vivo study in a rabbit model2020

    • 著者名/発表者名
      Okuno Nobuhiro、Otsuki Shuhei、Aoyama Jo、Nakagawa Kosuke、Murakami Tomohiko、Ikeda Kuniaki、Hirose Yoshinobu、Wakama Hitoshi、Okayoshi Tomohiro、Okamoto Yoshinori、Hirano Yoshiaki、Neo Masashi
    • 雑誌名

      Journal of Orthopaedic Research

      巻: 39 ページ: 165~176

    • DOI

      10.1002/jor.24841

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ペプチドのバイオマテリアルとしての可能性2021

    • 著者名/発表者名
      平野義明
    • 学会等名
      第33回日本軟骨代謝学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 縫合か?切除か?から次の時代へ2021

    • 著者名/発表者名
      大槻周平,平野義明,根尾昌志
    • 学会等名
      第25回関西大学先端科学技術シンポジウム
  • [学会発表] 抗氷核ペプチドの機能性材料としての可能性2021

    • 著者名/発表者名
      平野義明,市川加也,長友翔希
    • 学会等名
      第25回関西大学先端科学技術シンポジウム
  • [学会発表] ペプチドハイドロゲルスキャホールドを用いた半月板再生2021

    • 著者名/発表者名
      宮部享幸,平野義明,大槻周平,奥野修大,根尾昌志
    • 学会等名
      第25回関西大学先端科学技術シンポジウム
  • [学会発表] Evaluation of anti-ice nucleation peptide applied for cell culture media2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Hirano, K. Ichikawa
    • 学会等名
      The 57th Japanese Peptide Symposium
  • [学会発表] ペプチド固定化基材上での細胞集合体形成挙動の解析2020

    • 著者名/発表者名
      網本育史,平野義明
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] ペプチド固定化基材上での細胞集合体形成挙動の解析2020

    • 著者名/発表者名
      市川加也,平野義明
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [学会発表] ファージディスプレイ法による抗氷核ペプチドの探索2020

    • 著者名/発表者名
      岡本大空,松木誠二郎,片倉啓雄,平野義明
    • 学会等名
      第66回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 歯エナメル質由来ペプチドを用いたバイオミネラリゼーションの試み2020

    • 著者名/発表者名
      丹波雄介,矢島辰雄,平野義明
    • 学会等名
      第66回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 脱細胞化小口径血管開存のために要求される内腔表面特性2020

    • 著者名/発表者名
      山岡哲二,徐 于懿,山中浩気,古島健太郎,ムニッソ マリア,森本尚樹,平野義明,馬原 淳
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 細胞集合体誘導ペプチドを固定化した基材上での細胞挙動の解析2020

    • 著者名/発表者名
      網本育史,平野義明
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] コラーゲン由来抗氷核活性ペプチドの細胞冷蔵保存液としての評価2020

    • 著者名/発表者名
      市川加也,平野義明
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [備考] 関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 生体物質化学研究室

    • URL

      https://biomol.chemmater.kansai-u.ac.jp/

  • [産業財産権] 関節疾患治療用の医薬組成物及びその製造方法2019

    • 発明者名
      平野義明・大槻周平・奥野修大
    • 権利者名
      学校法人 関西大学・学校法人大阪医科薬科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 公開番号
      特開2020-188833(P2020-188833A)

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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