| 研究課題/領域番号 |
21K04853
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
井上 健司 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40203228)
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| 研究分担者 |
馮 忠剛 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10332545)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 再生組織 / 灌流ネットワーク / 磁気駆動 / 細胞培養 / 精密ステージ / マイクロハンド |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、再生軟組織内部に灌流用の能動型流路ネットワークを形成する方法を提案することである。基本ユニットである灌流パーツは、円筒状のポリウレタン樹脂内部に鉄粒子を分散させた構造を持つ。外部から磁場を印加すると鉄粒子が引き寄せられて圧縮し、磁場を取り除くとポリウレタンの弾性によって元に戻る。よって、磁場を周期的に印加することで、パーツをポンプのように作動させることができる。この灌流パーツを量産し、構成したい流路に沿って密に並べた管を造る戦略と、疎に配置して培養液を微拍動させ、内皮細胞の血管新生能力により流路を発生させる戦略で、流路ネットワークを形成し、外部磁場により能動的に灌流を発生・制御する。
令和４年度は、前年度に考案した灌流パーツ作成法の自動化に取り組んだ。この方法では、金属線をポリウレタン樹脂溶液に浸してから鉄粒子を付着させて固化し、出来上がった円筒状の灌流パーツを金属線から引き抜く。装置は、XYZステージで金属線の溶液瓶・鉄粒子瓶間の移動と引き抜き動作を行う。引き抜く際は、灌流パーツをソレノイドで押さえておく。開発の結果、一部に簡単な手動操作を含むものの、ほぼすべてのプロセスを自動で行うことが可能となった。次に、既存設備の2本指マイクロハンドを用いて、灌流パーツ等の複数の微小物体を整列させるシステムを構築した。さらに、灌流パーツに磁場を周期的に印加するため、ネオジム磁石を灌流パーツの下でXY方向に移動する装置を作成した。また、再生軟組織のモデルとしてコラーゲンゲルを利用し、その中にメッキした鉄粒子と線維芽細胞を分散して細胞培養の適合性を検討した。さらに、動的磁場をかけて、鉄粒子の動きによってコラーゲンゲル中のインク微粒子の拡散変化を観察した。動的磁場と鉄粒子の動きによって、ゲル内の拡散を促進されることが示唆された。
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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
本研究で目的とする灌流用の能動型流路ネットワークを形成するためには、灌流パーツが大量に必要となる。現在までの研究により、灌流パーツの自動作成が可能になったことは、大いなる進展といえる。また、２本指マイクロハンドを用いた微小物体整列システムが構築できたことで、構成したい流路に沿って複数の灌流パーツを並べ、様々な流路ネットワークを形成することが可能となった。細胞培養については、再生軟組織モデル中のメッキ鉄粒子の存在が、培養細胞適合性を損なわないことが検証された。また、３次元構造中で、動的磁場の働きによる鉄粒子の運動が、ゲル内の物質拡散を促進することが示唆された。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和５年度は、灌流パーツを局所的に磁気駆動する方法を開発する。複数の灌流パーツを並べて磁気駆動する能動型流路ネットワークを形成し、３次元再生軟組織内の灌流効果および細胞機能を評価する。３次元培養基質にコラーゲンゲルを、培養細胞にラット肝細胞、ラット内皮細胞および線維芽細胞を利用し、培養実験により培養細胞の代謝状況と内皮細胞による血管新生を調べ、本研究の有効性を検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
一部の学会発表のオンライン化による旅費や参加費に余剰が生じたため。実験に必要な再生組織材料・試薬の購入を計画している。
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