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2022 年度 実施状況報告書

超高速ブロックビルド法の確立による臓器オルガノイドの実スケール化への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 21K19893
研究機関東京農工大学

研究代表者

吉野 大輔  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80624816)

研究分担者 早瀬 元  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (70750454)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワードオルガノイド / プラズマ / プラズマ荷電タンパク質 / ブロックビルド
研究実績の概要

研究2年度目である2022年度は、前年度に引き続き研究計画における(1)プラズマ荷電タンパク質溶液を生成する機構のマイクロスポット化と(3)オルガノイドの高速ブロックビルド技術の確立に取り組んだ。
(1)については、絶縁管、タングステンニードル2本を用いた微小プラズマ生成装置を開発し、5 kV, 10 kHzの印加電圧によってプラズマ放電を誘導することに成功した。タンパク質溶液を吐出させ、その吐出部でプラズマ放電を発生させることで、プラズマ荷電タンパク質溶液を作出する。
(3)については、前年度に作製手法を確立した基本形状の球型、ドーナツ型、円柱型、シート型、直方体型オルガノイドブロックを接着・積み上げる方法を検討した。オルガノイドブロックの接着したい部分にコラーゲン溶液を塗布し、もう一方のオルガノイドを貼り付ける要領で接着が可能であること、この方法を複数回行うことで複数個のオルガノイド自在に積み上げることが可能であることを確認した。また、これまで基質として用いていたコラーゲンではなく、マトリゲルを用いることで3次元微小血管網を構築する可能となった。これらの結果より複数種類の基質を組み合わせ、オルガノイド内部に3次元血管網をあらかじめ構築することで、内部への栄養供給が実現でき、長期の培養が可能となることが示唆された。一方、オルガノイドの自己組織化、培養条件の最適化においては検討の余地が残されており、今後は臓器機能の発現に適した条件を検証することとした。

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

プラズマのマイクロスポット化技術の確立において基盤となる技術検討により、概ね仕様を決定できたことと、タンパク質溶液を用いたオルガノイドの接着・積み上げを実現できたことから、計画は順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今後の研究においては、まず概ね仕様を決定したプラズマのマイクロスポット化技術を確立する。また、マイクロマニピュレーションシステムを併用することで、オルガノイドブロックの局所接着と精密な積み上げを実現可能にする。腎臓の内部構造を模擬したオルガノイド・ブロックビルドにより、数cm大の腎臓オルガノイドを作製する。加えて、中長期の培養によって臓器の高次機能が発現できているかをタンパク質レベルで確認する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

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 (5件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Potential generation of nano-sized mist by passing a solution through dielectric barrier discharge2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Ryosuke, Tanaka Shiori, Miyaji Godai, Yoshino Daisuke
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 10526-1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-022-14670-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Plasma induces polymorphization of crystal structures in sugar alcohol2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Watanabe, Yuya Haraguchi, Yoshikazu Hattori, Hiroko A. Katori, Gen Hayase, Tomohide Saio, Daisuke Yoshino
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials/16th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] 任意形状のオルガノイドブロック作製方法の確立2022

    • 著者名/発表者名
      角谷綾夏, 飯嶋雄太, 早瀬元, 吉野大輔
    • 学会等名
      日本機械学会バイオエンジニアリング部門 第34回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 低温プラズマ放電による液体微粒化技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊良輔, 宮地悟代, 吉野大輔
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
  • [学会発表] プラズマ-液体相互作用を用いた液体の微粒化2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊良輔, 宮地悟代, 吉野大輔
    • 学会等名
      日本液体微粒化学会 第31回微粒化シンポジウム
  • [学会発表] 腎臓構造の再現に向けたオルガノイド・ブロックビルド2022

    • 著者名/発表者名
      角谷綾夏, 早瀬元, 吉野大輔
    • 学会等名
      日本機械学会バイオエンジニアリング部門 第33回バイオフロンティア講演会
  • [産業財産権] プラズマナノミスト生成装置2023

    • 発明者名
      吉野大輔, 渡邊良輔, 田中詩織
    • 権利者名
      国立大学法人東京農工大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2023/013003
    • 外国

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公開日: 2023-12-25  

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