脆弱なバイオ材料に適用可能なファブリケーション技術の開発と細胞組織工学への展開

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23681027
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 梶 弘和 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70431525)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: バイオファブリケーション / 生体材料 / マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織

研究概要

タンパク質や細胞などの脆弱なバイオ材料の機能を最大限に利活用するためには、生理環境下での加工プロセスが極めて有効である。本研究では、細胞の脆弱性に対応したバイオファブリケーション技術を開発して、in vitro細胞組織工学への展開を図った。マイクロ流体技術、ソフトリソグラフィー技術、表面技術等をハイドロゲルや高分子ナノシート等と効果的に融合させることで、細胞周囲環境の制御が可能な２次元および３次元培養系を作製して細胞組織機能の評価を行ったところ、これらの系が機能性の筋肉組織等の形成に有用であることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] A Polymeric Platform for Controlled Dual-Drug Delivery to the Retina: Protective Effects against Light-Induced Retinal Damage in Rats (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Hideyuki Onami, Yuki Katsukura, Yumi Ishikawa, Zhaleh Kashkouli Nezhad, Kaori Sampei, Satoru Iwata, Shuntaro Ito, Matsuhiko Nishizawa, Toru Nakazawa, Noriko Osumi, Yukihiko Mashima, Toshiaki Abe
  • 雑誌名: Adv. Healthcare Mater 巻: (in press)
  • DOI: 10.1002/adhm.201400114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bonding of synthetic hydrogels with fibrin as the glue to engineer hydrogel-based biodevices (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuniaki Nagamine, Kohei Okamoto, Hirokazu Kaji, Matsuhiko Nishizawa
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: (in press)
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.12.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skeletal muscle tissue engineering: Methods to form skeletal myotubes and their applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Serge Ostrovidov, Vahid Hosseini, Samad Ahadian, Toshinori Fujie, S. Prakash Parthiban, Murugan Ramalingam, Hojae Bae, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Tissue Eng. B 巻: (in press)
  • DOI: 10.1089/ten.TEB.2013.0534
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically regulated differentiation of skeletal muscle cells on ultrathin graphene-based films (2014)
  • 著者名/発表者名: Samad Ahadian, Javier Ramón-Azcón, Haixin Chang, Xiaobin Liang, Hirokazu Kaji, Hitoshi Shiku, Ken Nakajima, Murugan Ramalingam, Hongkai Wu, Tomokazu Matsue, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 4 ページ: 9534-9541
  • DOI: 10.1039/C3RA46218H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogel-based bioassay sheets for in vitro evaluation of contraction-dependent metabolic regulation in skeletal muscle cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuniaki Nagamine, Kohei Okamoto, Shingo Otani, Hirokazu Kaji, Makoto Kanzaki, Matsuhiko Nishizawa
  • 雑誌名: Biomater. Sci. 巻: 2 ページ: 252-256
  • DOI: 10.1039/C3BM60179J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micropatterned polymeric nanosheets for local delivery of an engineered epithelial monolayer (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Yoshihiro Mori, Shuntaro Ito, Matsuhiko Nishizawa, Hojae Bae, Nobuhiro Nagai, Hideyuki Onami, Toshiaki Abe, Ali Khademhosseini, Hirokazu Kaji
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 26 ページ: 1699-1705
  • DOI: 10.1002/adma.201301300
  • 査読あり
• [雑誌論文] A polymeric device for controlled transscleral multi-drug delivery to the posterior segment of the eye (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Hideyuki Onami, Yumi Ishikawa, Matsuhiko Nishizawa, Noriko Osumi, Toru Nakazawa, Toshiaki Abe
  • 雑誌名: Acta Biomater 巻: 10 ページ: 680-687
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2013.11.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical stimulation as a biomimicry tool for regulating muscle cell behavior (2013)
  • 著者名/発表者名: Samad Ahadian, Serge Ostrovidov, Vahid Hosseini, Hirokazu Kaji, Murugan Ramalingam, Hojae Bae, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Organogenesis 巻: 9 ページ: 87-92
  • DOI: 10.4161/org.25121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Engineered nanomembranes for directing cellular organization towards flexible biodevices (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Samad Ahadian, Hao Liu, Haixin Chang, Serge Ostrovidov, Hongkai Wu, Hojae Bae, Ken Nakajima, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 13 ページ: 3185-3192
  • DOI: 10.1021/nl401237s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dielectrophoretically aligned carbon nanotubes to control electrical and mechanical properties of hydrogels to fabricate contractile muscle myofibers (2013)
  • 著者名/発表者名: Javier Ramón-Azcón, Samad Ahadian, Mehdi Estili, Xiaobin Liang, Serge Ostrovidov, Hirokazu Kaji, Hitoshi Shiku, Murugan Ramalingam, Ken Nakajima, Yoshio Sakka, Ali Khademhosseini, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 25 ページ: 4028-4034
  • DOI: 10.1002/adma.201301300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transscleral sustained vasohibin-1 delivery by a novel device suppressed experimentally-induced choroidal neovascularization (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Onami, Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Matsuhiko Nishizawa, Yasufumi Sato, Noriko Osumi, Toru Nakazawa, Toshiaki Abe
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 ページ: e58580
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0058580
  • 査読あり
• [雑誌論文] A contactless electrical stimulator: application to fabricate functional skeletal muscle tissue (2013)
  • 著者名/発表者名: Samad Ahadian, Javier Ramón-Azcón, Serge Ostrovidov, Gulden Camci-Unal, Hirokazu Kaji, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Ali Khademhosseini, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Biomed. Microdevices 巻: 15 ページ: 109-115
  • DOI: 10.1007/s10544-012-9692-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interdigitated array of Pt electrodes for electrical stimulation and engineering of aligned muscle tissue (2012)
  • 著者名/発表者名: Samad Ahadian, Javier Ramón-Azcón, Serge Ostrovidov, Gulden Camci-Unal, Vahid Hosseini, Hirokazu Kaji, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Ali Khademhosseini, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Lab Chip 巻: 12 ページ: 3491-3503
  • DOI: 10.1039/c2lc40479f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gelatin methacrylate as a promising hydrogel for 3D microscale organization and proliferation of dielectrophoretically patterned cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Javier Ramón-Azcón, Samad Ahadian, Raquel Obregón, Gulden Camci-Unal, Serge Ostrovidov, Vahid Hosseini, Hirokazu Kaji, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Ali Khademhosseini, Tomokazu Matsue
  • 雑誌名: Lab Chip 巻: 12 ページ: 2959-2969
  • DOI: 10.1039/C2LC40213K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Engineered contractile skeletal muscle tissue on a microgrooved methacrylated gelatin substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: Vahid Hosseini, Samad Ahadian, Serge Ostrovidov, Gulden Camci-Unal, Song Chen, Hirokazu Kaji, Murugan Ramalingam, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Tissue Eng. A 巻: 18 ページ: 2453-2465
  • DOI: 10.1089/ten.TEA.2012.0181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled release of drugs from gradient hydrogels for high throughput analysis of cell/drug interactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Serge Ostrovidov, Nasim Annabi, Azadeh Seidi, Murugan Ramalingam, Fariba Dehghani, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 84 ページ: 1302-1309
  • DOI: 10.1021/ac202256c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Designer hydrophilic regions regulate droplet shape for controlled surface patterning and 3D capillary lithography (2012)
  • 著者名/発表者名: Matthew J. Hancock, Fumiki Yanagawa, Yun-Ho Jang, Jiankang He, Nezamoddin N. Kachouie, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Small (Inside front cover article, also featured in Materials Views by Carol Stanier, Dec. 13, 2011) 巻: 8 ページ: 393-403
  • DOI: 10.1002/smll.201101745
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biomimetic tissues on a chip for drug discovery (2012)
  • 著者名/発表者名: Amir M. Ghaemmaghami, Matthew J. Hancock, Helen Harrington, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Drug Discov. Today 巻: 17 ページ: 173-181
  • DOI: 10.1016/j.drudis.2011.10.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] A microfluidic-based neurotoxin concentration gradient for the generation of an in vitro model of Parkinson's disease (2011)
  • 著者名/発表者名: Azadeh Seidi, Hirokazu Kaji, Nasim Annabi, Serge Ostrovidov, Murugan Ramalingam, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Biomicrofluidics 巻: 5 ページ: 022214
  • DOI: 10.1063/1.3580756
  • 査読あり
• [雑誌論文] Directed assembly of cell-laden microgels for building porous three-dimensional tissue constructs (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumiki Yanagawa, Hirokazu Kaji, Yun-Ho Jang, Hojae Bae, Du Yanan, Junji Fukuda, Hao Qi, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: J. Biomed. Mater. Res. A 巻: 97A ページ: 93-102
  • DOI: 10.1002/jbm.a.33034
  • 査読あり
• [雑誌論文] A scalable controlled-release device for transscleral drug delivery to the retina (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeaki Kawashima, Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Norihiro Kumasaka, Hideyuki Onami, Yumi Ishikawa, Noriko Osumi, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 32 ページ: 1950-1956
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2010.11.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Engineering systems for the generation of patterned co-cultures for controlling cell-cell interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji, Gulden Camci-Unal, Robert Langer, Ali Khademhosseini
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta-Gen. Subj. 巻: 1810 ページ: 239-250
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2010.07.002
  • 査読あり
• [学会発表] 眼科領域におけるマイクロ・ナノ技術応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 第26回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 仙台(基調講演)
  • 年月日: 20140111-12
• [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いる眼底組織培養モデルの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 日本動物実験代替法学会第26回大会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 20131219-21
• [学会発表] Polymeric ultra-thin films for local delivery of cell monolayer (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Mori, Toshinori Fujie, Nobuhiro Nagai, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe, Ali Khademhosseini, Hirokazu Kaji
  • 学会等名: 12th US-Japan Symposium on Drug Delivery Systems
  • 発表場所: Maui, USA
  • 年月日: 20131216-20
• [学会発表] Development of a cell-based model of the ocular fundus within a microfluidic device (2013)
  • 著者名/発表者名: Syuntaro Ito, Shunichi Tsunajima, Toshinori Fujie, Nobuhiro Nagai, Kuniaki Nagamine, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe, Hirokazu Kaji
  • 学会等名: 12th US-Japan Symposium on Drug Delivery Systems
  • 発表場所: Maui, USA
  • 年月日: 20131216-20
• [学会発表] バルジ試験器機構を利用した上皮細胞への力学的負荷システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 綱嶋俊一, 伊藤俊太郎, 藤枝俊宣, 永井展裕, 西澤松彦, 阿部俊明, 梶 弘和
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第28回研究会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 20131205-06
• [学会発表] ナノシートを用いる細胞送達システムの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森 好弘, 藤枝俊宣, 永井展裕, 西澤松彦, 阿部俊明, 梶 弘和
  • 学会等名: 第35回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 船堀(ハイライト講演に選定)
  • 年月日: 20131125-26
• [学会発表] 眼底組織モデル構築に向けたマイクロ流路デバイスの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤俊太郎, 綱島俊一,藤枝俊宣, 永井展裕, 長峯邦明, 西澤松彦, 阿部俊明, 梶弘和
  • 学会等名: 第35回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 船堀
  • 年月日: 20131125-26
• [学会発表] Retinal pigment epithelial cells supported by polymeric ultra-thin films for the subretinal delivery (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji, Toshinori Fujie, Yoshihiro Mori, Nobuhiro Nagai, Matsuhiko Nishizawa, Ali Khademhosseini, Toshiaki Abe
  • 学会等名: International Soft Matter Conference 2013
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 20130915-19
• [学会発表] バイオファブリケーション技術の開発と眼科領域における医工連携 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 生体分子集合科学研究室夏季セミナー
  • 発表場所: 鴨川
  • 年月日: 20130726-28
• [学会発表] 自己支持性ナノ薄膜を用いた細胞デリバリー療法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和, 森 好弘, 藤枝俊宣, 永井展裕, 西澤松彦, 阿部俊明
  • 学会等名: 第29回DDS 学会学術集会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20130704-05
• [学会発表] マイクロ流路デバイスを用いた眼底組織模倣チップの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤俊太郎, 永井典裕, 長峯邦明, 西澤松彦, 阿部俊明, 梶 弘和
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第48 期総会・講演会
  • 発表場所: 仙台(独創研究学生賞受賞)
  • 年月日: 2013-03-15
• [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いる眼底組織培養モデルの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 日本動物実験代替法学会第25回大会
  • 発表場所: 慶応義塾大学薬学部芝共立キャンパス
  • 年月日: 20121207-09
• [学会発表] An implantable drug delivery device for treating retinal disorders (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji, Nobuhiro Nagai, Takuya Yamada, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe
  • 学会等名: IEEE-EMBSMicro- and Nanoengineering in Medicine Conference
  • 発表場所: Maui, USA
  • 年月日: 20121203-07
• [学会発表] バイオファブリケーション技術の開発とオーガンチップデバイスへの展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会シンポジウム2012
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20121126-27
  • 招待講演
• [学会発表] 任意の細胞・組織配列を有する機能性バイオハイブリッド界面の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤枝俊宣, Ahadian Samad, Liu Hao, 中嶋健, Ostrovidov Serge, S. Prakash Parthiban,梶 弘和, Khademhosseini Ali
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会シンポジウム2012
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20121126-27
• [学会発表] Biofabrication techniques for biologically relevant tissue models and drug delivery devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji
  • 学会等名: 23rd 2012 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: Nagoya, Japan (invited)
  • 年月日: 20121104-07
• [学会発表] A controlled-release capsule device for transscleral drug delivery to the retina (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji, Nobuhiro Nagai, Takuya Yamada, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe
  • 学会等名: TAS 2012
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 20121028-1101
• [学会発表] 薬剤濃度勾配を有するハイドロゲルの作製と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和, Serge Ostrovidov, Ali Khademhosseini
  • 学会等名: 第28回日本DDS学会学術集会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20120704-05
• [学会発表] 網膜変性疾患治療を目指したインプラント型薬剤徐放システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: バイオジャパン2012
  • 発表場所: 横浜(受賞講演)
  • 年月日: 2012-10-10
• [学会発表] Organ-on-a-Chip 開発研究の国際動向 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 日本動物実験代替法学会第24回大会
  • 発表場所: 仙台(依頼講演)
  • 年月日: 20111110-12
• [図書] "Bioinspired Muscle Tissue Devices" In Handbook of Biomimetics and Bioinspiration: 3 Volume Set, E. Jabbari, A. Khademhosseini, L. P. Lee, D.-H. Kim, A. Ghaemmaghami Eds. (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Serge Ostrovidov, Samad Ahadian, S. Prakash Parthiban, Ali Khademhosseini, Hirokazu Kaji
  • 出版者: World Scientific Publishing
• [図書] "Microfluidic systems for controlling stem cell microenvironments" In Microfluidic Cell Culture Systems, 2nd Edition, J. T. Borenstein, C. J. Bettinger, S. L. Tao, Eds. (2014)
  • 著者名/発表者名: Seila Selimovic, Hirokazu Kaji, Hojae Bae, Ali Khademhosseini
  • 出版者: Elsevier Publishing (in press)
• [図書] MRS Symposium Proceesings Volume 1415, MEMS, BioMEMS and Bioelectronics – Materials and Devices, (pp. 1-221) (2012)
  • 著者名/発表者名: Tim Albrecht, Maarten P. de Boer, Frank W. DelRio, Mehmet R. Dokmeci, Cristoph Eberl, Junji Fukuda, Hirokazu Kaji, Chris Keimel, Ali Khademhosseini
  • 出版者: Cambridge University Press
• [図書] "Impedance sensing of biological processes in mammalian cells" In Integrated Biomaterials for Biomedical Technology, M. Ramalingam, A. Tiwari, S. Ramakrishna, H. Kobayashi, Eds. (pp. 293-308) (2012)
  • 著者名/発表者名: Lamya Ghenim, Hirokazu Kaji, Matsuhiko Nishizawa, Xavier Gidrol
  • 出版者: Scrivener Publishing
• [図書] "Microscale biomaterials for tissue engineering" In Biomaterials for Tissue Engineering Applications: A Review of the Past and Future Trends, J. A. Burdick, R. L. Mauck, Eds. (pp. 119-138) (2011)
  • 著者名/発表者名: Ian Wheeldon, Javier Fernandez, Hojae Bae, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 出版者: Springer
• [産業財産権] 細胞担持パターン化ナノ薄膜 (2013)
  • 発明者名: 梶 弘和, 藤枝俊宣, 森 好弘, 西澤松彦, 阿部俊明, 永井展裕
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2013-137253
  • 出願年月日: 2013-06-28
  • 外国