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2020 年度 実施状況報告書

ナノセルロースで創り出す幹細胞の未分化維持培養基材

研究課題

研究課題/領域番号 20K22592
研究機関九州大学

研究代表者

畠山 真由美  九州大学, 農学研究院, 学術研究員 (20871437)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
キーワードセルロース / ナノセルロース / 細胞培養基材 / 幹細胞
研究実績の概要

近年、幹細胞を用いる再生医療が実用化されつつあるが、幹細胞の未分化・分化を制御しつつ、治療に必要な細胞数まで安定して増殖させる培養手法の開発が喫緊の課題となっている。本研究では、林産系ナノ素材として注目されている樹木ナノセルロースのナノ繊維形状 (物理的特性) と糖鎖界面 (化学的特性) が、生体内で細胞を取り囲んでいる細胞外マトリックスの特徴を備える点に着目し、ナノセルロースで物理と化学の両面から幹細胞ニッチと呼ばれる幹細胞が存在する特殊な環境を作り出すとともに、セルロース結合能を持たせた細胞増殖因子 (GF) を組み合わせることで、新規な幹細胞の未分化維持培養基材を創発することを目的としている。
本年度は、ナノセルロースの結晶表面にさまざまな量のカルボキシ基を導入してガラス基板上へ造膜した培養基材を作製し、ヒト骨髄由来の不死化された間葉系幹細胞を用いて細胞の接着性や増殖挙動の確認を行った。カルボキシ基が導入されていないナノセルロース基材では、細胞が伸展せずスフェロイドを形成した。一方、ナノセルロース表面にカルボキシ基を導入すると、導入したカルボキシ基量に応じて細胞の増殖挙動に違いが見られた。さらに、ナノセルロースの繊維長や結晶形も細胞の増殖性に影響を及ぼすことが明らかになった。また、幹細胞の培養において、基材の硬さが分化の方向性を決定する重要なファクターであるため、ナノセルロースをフィルム状に造膜した基材だけでなく、ハイドロゲル化させることで異なる弾性特性を有するナノセルロース基材の作製も試みた。ハイドロゲル化した基材においても間葉系幹細胞は接着・伸展し、良好な細胞増殖性を示した。

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

当初の実施計画では令和2年度中にセルロース結合能を持たせたGFの作製にも取りかかる予定であったが、令和3年度へ持ち越しとなった。一方、令和3年度に実施予定の間葉系幹細胞を用いた培養を前倒しで着手することができ、カルボキシ基を導入したナノセルロース基材への細胞接着性と増殖性を確認できた。今後、セルロース結合能を持たせたGFの作製を行うことでスムーズにナノセルロース基材と組み合わせた培養試験が実施可能な状況となったため、概ね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

ナノセルロース基材は一般的な細胞培養基材と比べてかなり親水性であるため、間葉系幹細胞が接着性を示さない可能性も考えられたが、令和2年度で行った細胞培養試験により良好な接着性を示すことが確認された。そのため、令和3年度ではセルロース結合能を持たせたGFの作製に速やかに取り掛かり、目的である未分化維持培養と無血清培養が可能かどうかを確認する。

次年度使用額が生じた理由

組み替えタンパク質実験を次年度に持ち越したことと、細胞培養用のフラスコやシャーレなどの消耗品は所属研究室でストックしていたものを使用したため、使用額が予定していたよりも少なくなった。次年度ではタンパク質精製に関連する試薬や細胞増殖因子の購入を予定しているため、当初の予定よりも経費がかかる見込みである。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Inherently distinctive potentialities and uses of nanocellulose based on its nanoarchitecture2021

    • 著者名/発表者名
      Kojiro Uetani, Naliharifetra Jessica Ranaivoarimanana, Mayumi Hatakeyama, Takuya Kitaoka
    • 雑誌名

      BioResources

      巻: 16 ページ: in press

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 森と海の構造多糖ナノファイバー基板における線維芽細胞の増殖挙動2021

    • 著者名/発表者名
      野田朋佳、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第71回日本木材学会大会
  • [学会発表] Nanofibers-based biomaterials composed of surface-carboxylated nanocellulose for cell culture applications2020

    • 著者名/発表者名
      Mayumi Hatakeyama, Tomoka Noda, Takuya Kitaoka
    • 学会等名
      11th World Biomaterials Congress Virtual
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanofibers-based biomaterials composed of nanocellulose and nanochitosan to promote fibroblast cell adhesion and proliferation2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Noda, Mayumi Hatakeyama, Takuya Kitaoka
    • 学会等名
      11th World Biomaterials Congress Virtual
    • 国際学会
  • [備考] 九州大学 大学院農学研究院 環境農学部門 サスティナブル資源科学講座 生物資源化学分野

    • URL

      http://bm.wood.agr.kyushu-u.ac.jp

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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