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2022 年度 実施状況報告書

複数組織の異種界面接合の科学的理解と運動器モデルの生体外構築

研究課題

研究課題/領域番号 22K19918
研究機関大阪大学

研究代表者

松崎 典弥  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (00419467)

研究分担者 下田 浩  弘前大学, 医学研究科, 教授 (20274748)
下村 和範  大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (40755998)
宮川 繁  大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70544237)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード異種界面 / 複合組織 / 運動器 / 組織工学 / バイオプリント
研究実績の概要

臓器・器官は複数組織の集合体であり、異種類の組織が界面で接合し、全体として機能を発現している。運動器は、筋や腱、血管、脂肪、間接、骨などの集合体であり、骨や軟骨、筋、腱など、各組織の構築と機能はこれまで報告されてきたが、これらを異種界面で接合し、機能する運動器として構築した研究は少なく、骨-筋、骨-腱など報告例はわずかしかない。申請者は、人工腱統合バイオプリント法を考案した。これにより、様々なファイバー組織を人工腱に結合することで異種組織を安定に接合することが可能になる。本年度は以下の研究を実施した。
「TIP法による運動器モデルの構築」:本年度は、運動器モデルとして、筋、脂肪ファーバーが、腱に固定された「筋-脂肪-腱」の構築に取り組んだ。運動器モデルの構築は、組織学的評価や蛍光免疫染色による共焦点レーザー顕微鏡観察、走査型・透過型電子顕微鏡観察、引張弾性率評価などにより多角的に解析した。筋ファイバーの分化誘導中に一部のファイバーの脱離が起こる課題があったが、ファイバーの太さを制御することで解決することができた。以上より、筋肉-脂肪-腱組織の構築を確認した。
「ナノ薄膜コーティングによる組織界面接合の促進」:運動器モデルの組織接合を促進するため、組織表面を交互積層法によりECMナノ薄膜でコーティングした。筋と脂肪ファイバーの接合界面はラミニン-IV型コラーゲンの基底膜ナノ薄膜でコーティングした。薄膜形成は細胞毒性を示さず、1週間程度界面接合を維持できることが共焦点レーザー顕微鏡観察により確認された。また、より長期的な接合界面の維持を目的として様々なナノ薄膜を検討した結果、ある組み合わせのナノ薄膜で数週間以上界面構造を維持できることを見出した。
以上より、本年度は予定通り研究を進めることができた。

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

本年度の進捗状況を以下にまとめる。
「TIP法による運動器モデルの構築」:本年度は、運動器モデルとして、筋、脂肪ファーバーが、腱に固定された「筋-脂肪-腱」の構築に取り組んだ。サテライト細胞の細胞数とマトリックスであるフィブリノーゲンの濃度、プリントノズルサイズの最適化を行うことで、以前からの課題であった分化誘導中のファイバーの脱離や分離を回避可能であり、ぼ100%の収率で分化誘導された筋ファイバーを回収できた。脂肪ファイバーも同様に条件を最適化することで安定に構築できた。現在、「筋‐脂肪‐腱」の詳細な構造解析を多角的かつ網羅的に進行中である。以上より、本研究項目は予定通り進行できている。

「ナノ薄膜コーティングによる組織界面接合の促進」:筋ファイバーと腱の組織間接合を促進するため、生体で観察される基底膜成分であるラミニンとIV型コラーゲンのナノ薄膜をファイバー表面に形成した。これまでの細胞表面へのコーティングに関する知見を基に濃度や浸漬時間を最適化することで数nm~数十nmの薄膜を形成できた。薄膜コーティングが筋芽細胞や脂肪細胞に毒性を示さず、両ファイバーを接合後、1週間程度は界面を維持しながら接合できることが確認された。薄膜コーティング無しの場合は、両細胞が相互に浸潤して界面構造が乱れ、各ファイバーの維持が困難であった。また、ある組み合わせのナノ薄膜ではさらに数週間以上界面構造を維持できることを見出した。以上より、本研究項目は予定以上に研究を進めることができた。

今後の研究の推進方策

次年度は、「生体運動器との比較による界面接合解析と科学的理解」、「運動器モデルの機能評価」の研究に取り組む予定である。

次年度使用額が生じた理由

・旅費が予定通り執行できなかった理由と対策:2022年度に予定していた学会の参加が新型コロナウイルス感染症対策のためほとんど実行できなかったことが理由である。これに対する使用計画として、2023年の旅費として追加で学会発表を行うことを予定している。
・物品費が予定通り執行できなかった理由と対策:2022年度に作製した複合組織の物理物性を評価するための引っ張り試験機を購入予定であったが、半導体不足により年度内の購入が困難であった。これに対する使用計画として、2023年6月頃納品予定であるため、執行できる予定である。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件) 備考 (3件) 産業財産権 (5件)

  • [国際共同研究] Utrecht University(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Utrecht University
  • [国際共同研究] Wuerzburg University(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Wuerzburg University
  • [雑誌論文] Comparative Analysis of the Residues of Granular Support Bath Materials on Printed Constructs in Embedded 3D Printing2023

    • 著者名/発表者名
      Jinfeng Zeng, Nozomi Kasahara, Zhengtian Xie, Fiona Louis, Donghee Kang, Yasumasa Dekishima, Michiya Matsusaki
    • 雑誌名

      Biofabrication

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Out‐of‐the‐box” Granular Gel Bath Based on Cationic Polyvinyl Alcohol Microgels for Embedded Extrusion Printing2023

    • 著者名/発表者名
      Zeng Jinfeng、Xie Zhengtian、Dekishima Yasumasa、Kuwagaki Setsuka、Sakai Norihito、Matsusaki Michiya
    • 雑誌名

      Macromolecular Rapid Communications

      巻: 44 ページ: 2300025~2300025

    • DOI

      10.1002/marc.202300025

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biofabrication of vascularized adipose tissues and their biomedical applications2023

    • 著者名/発表者名
      Karanfil Asli Sena、Louis Fiona、Matsusaki Michiya
    • 雑誌名

      Materials Horizons

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1039/D2MH01391F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of a Gelatin-Based Microdevice for Vascular Cell Culture2022

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Satoko、Suzuki Tomoko、Morikawa Kyojiro、Matsusaki Michiya、Sato Kae
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 14 ページ: 107~107

    • DOI

      10.3390/mi14010107

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Injectable Prevascularized Mature Adipose Tissues (iPAT) to Achieve Long‐Term Survival in Soft Tissue Regeneration2022

    • 著者名/発表者名
      Louis Fiona、Sowa Yoshihiro、Irie Shinji、Higuchi Yuriko、Kitano Shiro、Mazda Osam、Matsusaki Michiya
    • 雑誌名

      Advanced Healthcare Materials

      巻: 11 ページ: 2201440~2201440

    • DOI

      10.1002/adhm.202201440

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Layer-by-layer assembly methods and their biomedical applications2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Zhuying、Zeng Jinfeng、Groll Juergen、Matsusaki Michiya
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 10 ページ: 4077~4094

    • DOI

      10.1039/D2BM00497F

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bioink with cartilage-derived extracellular matrix microfibers enables spatial control of vascular capillary formation in bioprinted constructs2022

    • 著者名/発表者名
      Terpstra Margo L、Li Jinyu、Mensinga Anneloes、de Ruijter Mylene、van Rijen Mattie H P、Androulidakis Charalampos、Galiotis Costas、Papantoniou Ioannis、Matsusaki Michiya、Malda Jos、Levato Riccardo
    • 雑誌名

      Biofabrication

      巻: 14 ページ: 034104~034104

    • DOI

      10.1088/1758-5090/ac6282

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 3D-Bioprinting Fabrication of Lab-grown Structured Wagyu Meat2022

    • 著者名/発表者名
      Michiya Matsusaki
    • 学会等名
      8th ISCCM
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tissue Engineering Approach to Construct a Vascularized 3D-human Tissue Model2022

    • 著者名/発表者名
      Michiya Matsusaki
    • 学会等名
      TERMIS-AP2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Vascularized 3D-Tissue Models for Infection Assays of Cancer Cells and Bacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Michiya Matsusaki
    • 学会等名
      Biofabrication meets Infection Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Michiya Matsusaki2022

    • 著者名/発表者名
      Development of Blood-Brain Barrier Networks With Open Structures for Screening Assays of Receptor-Mediated Transport
    • 学会等名
      7th Int’l Conference on Tissue Engineering in conjugation with the 5th Int’l Conference on Regenerative Biomedical Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tissue Engineering for Construction of Vascularized 3D-Tissues for Therapy and Drug Evaluation2022

    • 著者名/発表者名
      Michiya Matsusaki
    • 学会等名
      ACTO2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科 応用化学専攻 松崎研究室

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~matsusaki-lab/

  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科 培養肉社会実装共同研究講座

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~matsusaki-lab/joint_research/jl2/

  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科 先端細胞制御化学(TOPPAN)共同研究講座

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~matsusaki-lab/joint_research/jl1/

  • [産業財産権] 薬物徐放性を血小板に付与する細胞デザイナー分子2023

    • 発明者名
      松崎典弥、仲本正彦、片山量平
    • 権利者名
      松崎典弥、仲本正彦、片山量平
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-029675
  • [産業財産権] 生きた三次元組織の深部観察を可能とする透明化ポリマー2023

    • 発明者名
      松崎典弥
    • 権利者名
      松崎典弥
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-026167
  • [産業財産権] 細胞にタンパク質付着性を付与する細胞デザイナー分子2023

    • 発明者名
      松崎典弥
    • 権利者名
      松崎典弥
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-024508
  • [産業財産権] 立体組織構造体形成用足場材及び立体組織構造体の製造方法2023

    • 発明者名
      北野史朗、松崎典弥、フィオナ ルイス
    • 権利者名
      北野史朗、松崎典弥、フィオナ ルイス
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-013166
  • [産業財産権] 三次元培養用細胞足場材を調製するための組成物、三次元バイオプリンティングのサポーティングバス、及び三次元組織の製造方法2022

    • 発明者名
      出來島 康方、桑垣雪華、酒井紀人、松崎典弥, 曽 金鳳
    • 権利者名
      出來島 康方、桑垣雪華、酒井紀人、松崎典弥, 曽 金鳳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-205426

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公開日: 2023-12-25  

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