光合成能を有する立体細胞組織作製技術の開発

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21911
• 研究機関: 東京女子医科大学
• 研究代表者: 清水 達也 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40318100)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 組織工学 / 藻類 / 光合成 / 筋組織

研究実績の概要

本研究の目的は、微細藻類を内包することにより光合成能を有した立体細胞組織を構築することである。これにより未来の再生医療における移植用組織の作製や、義手・義足の開発、アクチュエータの開発等において基盤となる技術の確立を目指す。当該年度においては、動物細胞用の培養環境にて長期に生存・増殖できる微細藻類株の探索をおこない、３種類の微細藻類株を選定した。また微細藻類が光合成により培養液中に産生する酸素を計測するシステムを構築した。このシステムを用い、上記の藻類が動物細胞用培養環境下において光合成能を保持し、光を照射することにより酸素を産生することを確認した。また立体細胞組織の作製法として遠心力を用いた手法を検討した。遠心力、遠心時間、遠心後静置培養時間等について検討し、立体細胞組織作製に最適な条件を探索した。その結果見出した組織作製条件において、微細藻類株と動物細胞を混合した厚み0.2 mmの藻類含有立体細胞組織を作製した。藻類含有立体細胞組織と動物細胞のみで作製した立体細胞組織とを光照射条件下のもと３日間培養し、酸素呼吸性、アンモニア消費量、および組織傷害性を比較した。その結果、藻類含有立体細胞組織においては酸素呼吸性が増加し、アンモニア消費量が減少し、組織傷害性が低減されることを確認した。すなわち本結果は、藻類含有立体細胞組織内部において動物細胞の代謝により排出されたアンモニアを藻類が消費し、また藻類の光化学反応により発生した酸素を動物細胞が利用することにより、組織内部における傷害が抑制されていることを示唆している。

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

１年次における研究項目は、①本研究目的に適した藻類の探索、②光照射フィードバック制御による溶存酸素濃度制御培養システムの開発、③藻類含有筋組織作製法の開発、の３項目である。①については動物細胞用の培養液中で長期に生存・増殖し光合成能を保持した藻類株を３種選別することができた。また②については藻類の光合成による培養液中の溶存酸素濃度上昇を計測するシステムを構築した。③については遠心力を利用した立体細胞組織作製法を検討し、藻類と動物細胞を混合して厚み0.2 mmの藻類含有立体細胞組織を作製した。以上のように本研究課題は概ね順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

今後の研究項目は、②光照射フィードバック制御による溶存酸素濃度制御培養システムの開発、③藻類含有筋組織作製法の開発、④藻類含有筋組織の収縮機能評価、⑤グルコース分泌藻類の開発、の４項目である。②については培養液中の溶存酸素濃度に応じて照射光のON・OFFを制御するフィードバック制御システムを構築する。これにより、藻類含有立体細胞組織の培養に最適な光照射条件を明らかにしていく。③についてはこれまでに厚み0.2 mmの藻類含有筋組織を作製することに成功しており、本研究課題終了までに1 mm以上の厚みを有する藻類含有筋組織を作製することを目標とする。④については光照射機構を有する収縮力測定システムを構築し、作製した藻類含有筋組織の収縮力測定を可能とする。⑤については藻類研究者とのディスカッションにより実現性を追求しつつ進めていく。