| 研究課題/領域番号 |
25249018
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
谷下 一夫 早稲田大学, ナノ理工学研究機構, 教授 (10101776)
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| 研究分担者 |
須藤 亮 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (20407141)
関口 哲志 早稲田大学, ナノ理工学研究機構, 准教授 (70424819)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 生物・生体工学 / 熱工学 / 再生医学 / 細胞・組織 / マイクロ・ナノデバイス |
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| 研究概要 |
(1)再生肝臓組織の再構築組織モデル：積層型培養モデルとマイクロ流路型（MEMS）培養モデルの2種類のアプローチによって、3次元組織を再構築して、組織内の血管化の要因を検討した。(2)組織再構築を実現するための増殖因子の役割：現在増殖因子の濃度勾配を組織内でリアルタイムに計測する手段が開発されていない。そこで、組織のサンプル標本を直接enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) による方法によって、サンプル組織全体の平均値として計測して、その影響に関して検討を行った。増殖因子の濃度場の把握が重要で、今後さらに検討が必要である。(3)星細胞の役割：積層型培養モデルを用いて、星細胞の介在が、肝細胞と血管内皮細胞による3次元組織形成に影響を及ぼす事を明らかにした。(4)血管内皮前駆細胞による血管網形成：分化機能を有する血管内皮前駆細胞を用いて血管網形成を試みた。血管内皮前駆細胞から、多種類の増殖因子が分泌して、血管網を誘導する事が知られている。そこで、積層型培養モデルにおいて、前駆細胞の影響により、3次元血管網が顕著に増殖して、前駆細胞の活用の重要性が明らかになった。(5)葉状仮足による血管網形成の促進：血管網が伸展する先端には、葉状仮足が増殖因子の濃度勾配の方向に伸長する。即ち、濃度勾配により血管網の伸展方向の制御が可能になる。そこで、葉状仮足と3次元血管網形成との関係を明らかにした。(6)マイクロ流路型培養モデルによるアプローチ：MEMS技術を活用して、マイクロ流路を作成し、細胞、増殖因子及び足場の三要素をマイクロ環境で統合する方法が有効である。特に間質流による影響が顕著であることが明らかになり、新しい血管網形成の重要な手法になる事を示した。
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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
(1)再生肝臓組織の再構築組織モデル：積層型培養モデルとマイクロ流路型（MEMS）培養モデルの2種類のアプローチは、実験技術的に確立し、アプローチの方法として十分に達成している。(2)組織再構築を実現するための増殖因子の役割：最大の問題は、増殖因子の濃度を組織内でリアルタイムに計測する手段である。組織内サンプリングや蛍光マーカーによるバイオイメージング技術、さらに計算機シミュレーションになどで総合的に検討する方針である。(3)星細胞の役割：星細胞に関しては、積層型培養モデルの範囲では、相当の結果が得られているが、3次元肝細胞の3次元組織内での血管網形成における役割を明らかにする必要があるが、実験的難易度が高い。(4)血管内皮前駆細胞による血管網形成：血管内皮前駆細胞の活用は、血管網形成に有用であることが明らかになった。前駆細胞からは、多種類の増殖因子が分泌する事が先行研究で知られており、増殖因子の個々の役割が不明である。これらの識別も実験的には難しい課題である。(5)葉状仮足による血管網形成の促進：葉状仮足の観測は比較的容易であった。しかしながら、葉状仮足の前身である糸状仮足の振る舞いが重要であるが、その識別は実験的に困難である。葉状仮足の振る舞いと血管網形成のダイナミクスを把握出来ていない。(6)マイクロ流路型培養モデルによるアプローチ：肝細胞組織形成と血管網形成のためには、マイクロ流路は、極めて優れたツールであることが明らかになった。今後このツールを活かして、肝細胞組織形成と血管網形成との共培養系が実現出来れば、組織再生の技術が大幅に進展すると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
25年度の研究によりマイクロ流路によるアプローチが極めて有用であることが明らかになったので、マイクロ流路による組織形成の実験を展開する事とした。マイクロ流路では特に、血管網形成の状況を比較的鮮明に捉える事が出来る。そこで、血管網形成のダイナミクスを可能な限り把握する事を試みる。組織形成には、細胞、増殖因子及び足場の3要素が重要である。その3番目の足場の影響に関してさらに検討を進める。細胞は斑点状に足場と結合するが、足場の種類や状況を敏感に検知して、血管網形成に著しい変化が生じる。マイクロ流路内では、コラーゲンゲル内を組織形成や血管網形成が進展するので、コラーゲンゲルが足場となり、直接的な影響が予想されるので、足場による自己組織的増殖を誘導する事が出来れば、新たな血管網形成のテクノロジーが生まれるであろう。次に、大きな課題が、肝臓内の胆管系ネットワークの構築である。胆管系ネットワークは、胆汁の物質輸送という重要な役割を担っている。肝細胞から分泌して毛細胆管に胆汁が移動して、胆管に輸送されて、腸へ分泌される。本研究グループは、毛細胆管ネットワーク形成と胆汁輸送プロセスを明らかにしたが、胆管系にまで発展させる必要がある。この点は、難易度が高いが、独自に予備的な検討を行っており、その検証を行いながら、胆管系ネットワークの構築に取り組む。増殖因子の濃度場の把握は、極めて難しい課題であるが、平均的な濃度などの実験的情報を基に計算機シミュレーションにより補完的なアプローチが考えられる。計測が困難な側面をどのようにシミュレーションで補完出来るのかを検討を行う必要があろう。
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