眼底組織模倣型オーガンチップデバイスの開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24651156
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 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)
• 研究分担者: 阿部 俊明 東北大学, 大学院医学系研究科, 教授 (90191858) ; 永井 展裕 東北大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30400039)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: システムオンチップ / 生体材料 / マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織

研究概要

生体組織・臓器の構造や機能を模倣した新しい３次元培養モデル（Organ-on-a-Chip）が最近注目されてきており、肺、肝、腸などの消化呼吸器系組織を模倣する試みが盛んに検討されている。しかしながら、眼などの特殊感覚器系に関するオンチップの培養モデルはほとんど例がない。そこで本研究では、マイクロ流路デバイス内に眼底組織を模倣した3次元培養系の構築に取り組んだ。流路デバイス内で網膜色素上皮細胞などの神経支持細胞を培養して、形態観察や分泌物解析を行ったところ、生体組織に近い機能を発現していることが確認された。今後、開発した培養系の病態モデル化やそれを用いた薬効評価への展開が期待できる。

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] 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] 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] 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 巻: Today 17 ページ: 173-181
  • DOI: 10.1016/j.drudis.2011.10.029
  • 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] ナノシートによる細胞輸送システムの開発 (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: 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] 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] Local delivery of engineered cell monolayer directed by micropatterned polymeric nanosheets (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Yoshihiro Mori, Toshiaki Abe, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 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] 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] Retinal pigment epithelial cells supported by polymeric ultra-thinfilms 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] Flexible nanomembranes for directing cellular organization (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Hao Liu, Ken Nakajima, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 学会等名: International Soft Matter Conference 2013
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 20130915-19
• [学会発表] Protective effects of Clotrimazole against oxidative stress-induced cell death in RGC-5 cells and preparation of controlled release device (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhaleh Kashkouli Nezhad, Nagai Nobuhiro, Yamamoto Kotaro, Saya Hideyuki, Kaji Hirokazu, Nishizawa Matsuhiko, Nakazawa Toru, Abe Toshiaki
  • 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る眼底組織モデルの開発 (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: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第27回研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130523-24
• [学会発表] マイクロ流路デバイスを用いる眼底組織モデルの開発 (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: 電気化学会第80回大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20130329-31
• [学会発表] バルジ試験機構を用いた網膜色素上皮細胞評価システムの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤俊太郎,綱嶋俊一,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: バイオ・マイクロシステム研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] 自己支持性ナノシートによる細胞輸送システムの開発 (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: バイオ・マイクロシステム研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2013-10-08
• [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-EMBS Micro- and Nanoengineering in Medicine Conference
  • 発表場所: Maui, USA
  • 年月日: 20121203-07
• [学会発表] Ultra-thin polymeric interface to engineer muscle tissues (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Hirokazu Kaji, Ali Khademhosseini
  • 学会等名: IEEE-EMBS Micro- and Nanoengineering in Medicine Conference
  • 発表場所: Maui, USA(Poster award)
  • 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] マイクロ流路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: 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 Kaj
  • 学会等名: 23rd 2012 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 20121104-07
  • 招待講演
• [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: μTAS 2012
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 20121028-1101
• [学会発表] Development of a cell-based model of the retina within a microfluidic device (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kaji, Shuntaro Ito, Nobuhiro Nagai, Kuniaki Nagamine, Matsuhiko Nishizawa, Toshiaki Abe
  • 学会等名: Symposium on New Technology for Cell-based Drug Assay
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2012-12-10
• [図書] "Bioinspired Muscle Tissue Devices" In Handbook of Biomimetics and Bioinspiration (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Fujie, Serge Ostrovidov, Samad Ahadian, S. Prakash Parthiban, Ali Khademhosseini, Hirokazu Kaji(E. Jabbari, A. Khademhosseini, L. P. Lee, D.-H. Kim, A. Ghaemmaghami Eds)
  • 総ページ数: 3 Volume Set
  • 出版者: World Scientific Publishing(in press)
• [図書] "Microfluidic systems for controlling stem cell microenvironments" In Microfluidic Cell Culture Systems, 2nd Edition (2014)
  • 著者名/発表者名: Seila Selimovic, Hirokazu Kaji, Hojae Bae, Ali Khademhosseini(J. T. Borenstein, C. J. Bettinger, S. L. Tao, Eds)
  • 出版者: Elsevier Publishing(in press)
• [図書] MRS Symposium Proceesings Volume 1415, MEMS, BioMEMS andBioelectronics – Materials and Devices (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
  • 総ページ数: 221
  • 出版者: Cambridge University Press
• [図書] "Impedance sensing of biological processes in mammalian cells" In Integrated Biomaterials for Biomedical Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: Lamya Ghenim, Hirokazu Kaji, Matsuhiko Nishizawa, Xavier Gidrol(M. Ramalingam, A. Tiwari, S. Ramakrishna, H. Kobayashi, Eds)
  • 総ページ数: 293-308
  • 出版者: Scrivener Publishing
• [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: 2013-137253
  • 出願年月日: 2013-06-28
  • 外国