• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2014 年度 実績報告書

マイクロナノバイオトランスポート機構を基軸にした肝臓組織再生

研究課題

研究課題/領域番号 25249018
研究機関早稲田大学

研究代表者

谷下 一夫  早稲田大学, ナノ理工学研究機構, 上級研究員(研究院教授) (10101776)

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, 主任研究員(研究院准教授) (70424819)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
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
研究実績の概要

26年度では、3次元血管網の構築と肝臓組織内の胆管網の形成に関して種々の実験を行い、組織形成に関わる物質輸送の役割に関して検討を行った。特に、幹細胞、肝細胞、血管内皮細胞、星細胞から分泌される増殖因子が近傍の細胞に輸送され、組織形成に至る仕組みに対して実験的なアプローチを行った。1.マイクロ流路による組織形成 2.足場の硬さによる血管形成誘導の制御 3.胆管と毛細胆管の結合 4.計算機シミュレーションによるアプローチ
そこで、得られた研究実績で重要な点は以下の通りである。マイクロ流路内で、上皮細胞との共培養により、血管内皮細胞による3次元血管網の構築を行った。マイクロ流路内で重要な要因は、間質流の影響によって3次元血管網の構築が促進される点である。間質流の影響として、2つの要因が考えられる。一つは、間質流による微小対流による流体力学的な刺激による影響である。二つ目は、間質流によるバイオトランスポート機構によるプロセスである。両者は相互に関連している要因であり、間質流による対流拡散機構の詳細を明らかにする必要がある。マイクロ流路デバイスの長所は、間質流による対流拡散機構を可視化する事が可能であるという点で、本研究のアプローチの主流となる。血管網形成で重要な点は、血管網を安定化させているペリサイトの存在である。そこで、マイクロ流路デバイスで、血管内皮細胞と間葉系幹細胞の共培養を行ったところ、ペリサイトを伴う毛細血管網が再構築された。血管基底側からVEGFを供給したところ、ゲル環境内にVEGFによる濃度勾配が形成され、血管新生が促進された。ゲル環境において、VEGFの濃度勾配を形成させる事がきる。血管新生モデルにおいて、増殖因子の濃度勾配の形成が、血管網形成のために重要な役割を果たしている事が分かった。正にバイオトランスポートが血管網形成において重要な要因である。

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

マイクロ流路によるアプローチは、組織が形成される過程を詳細に観察可能であり、特に血管網の3次元的拡がりを詳しく観察する事が出来、培養皿による実験では把握出来ない部分を明らかにする事が出来た。これまでマイクロ流路デバイスによる実験では、内皮細胞(臍帯静脈内皮細胞)、間葉系幹細胞、肝細胞などの共培養が実現出来たこと、さらに増殖因子の濃度勾配の設定がマイクロ流路デバイスで可能であるため、従来指摘されている増殖因子の濃度勾配、すなわちバイオトランスポート機構の関わりを明らかにする事が可能である。これらの結果は、通常のin vivo実験や培養皿を中心とした実験では、明らかにする事が出来ないため、マイクロ流路デバイスの実験系として優位である事が明らかになった。特にペリサイトを伴う毛細血管の形成は、従来の研究では達成されていなかったが、本研究におけるマイクロ流路デバイスによるアプローチでペリサイトを伴う毛細血管が形成させる事ができた。さらに、マイクロ流路デバイスによって明らかになった毛細血管網形成のプロセスは、実際の生体内で生じている現象を再現している可能性があるので、生体内での状況を調べるツールとしても有望である。

今後の研究の推進方策

再生組織中に3次元の血管網を構築するプロセスで、困難な点は、2種類以上の細胞の同時培養である。特に肝臓組織を再構築させるためには、多種類の細胞を同時培養が必須であるが、全体の組織形成を実現させる事が困難である。そこで、マイクロ流路ないでの、組織形成において多種細胞の同時培養の種々の条件を明らかににする事を目的に、さらなる実験を遂行する。マイクロ流路デバイスの長所は、微視的環境の正確な培養制御が可能であるという点である。特に、細胞周りの対流拡散機構を正確に把握する事が可能であるため、血管網を含む組織形成のモデルとして有利である。従来、再構築する組織を血管化する事が難しいが、その最大の理由は、微視的な環境の正確な制御が難しいという点である。さらに、マイクロ流路デバイスで達成された再形成組織は、マイクロスケールでは、形態と機能を再現できている。そのため、マイクロ流路デバイスは、組織再構築の微視的要因を解析するツールのみならず、微視的スケールでの組織が再現できるので、organs-on-chipという新しいライフサイエンスの領域を形成する事が可能であり、従来の移植医療や再生医療における手法とは全く異質の方法論によって、微小な組織を生体内に形成する事ができる。この延長線上では、革新的な医療が実用化する可能性があり、そのような革新的な医療を支える学術的根拠を本研究で明確にする事が重要と考える。このような点が、今後の推進方策で重要な部分となる。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Solute diffusion through fibrotic tissue formed around protective cage system for implantable devices2015

    • 著者名/発表者名
      Gunawan S. Prihandana, Hikaru Ito, Kohei Tanimura, Hiroshi Yagi, Yuki Hori, Orhan Soykan, Ryo Sudo, Norihisa Miki.
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials

      巻: Epub ahead of print ページ: in press

    • DOI

      doi: 10.1002/jbm.b.33298

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiscale tissue engineering for liver reconstruction2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo
    • 雑誌名

      Organogenesis

      巻: 10 ページ: 216-224

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pial arteries respond earlier than penetrating arterioles to neural activation in the somatosensory cortex in awake mice exposed to chronic hypoxia: an additional mechanism to proximal integration signaling?2014

    • 著者名/発表者名
      Yuta Sekiguchi, Hiroyuki Takuwa, Hiroshi Kawaguchi, Takahiro Kikuchi, Eiji Okada, Iwao Kanno, Hiroshi Ito, Yutaka Tomita, Yoshiaki Itoh, Norihiro Suzuki, Ryo Sudo, Kazuo Tanishita, Kazuto Masamoto
    • 雑誌名

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      巻: 34 ページ: 1761-1770

    • DOI

      10.1038/jcbfm.2014.140

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Droplet-Based Microfluidics for High-Throughput Screening of a Metagenomic Library for Isolation of Microbial Enzymes2014

    • 著者名/発表者名
      M. Hosokawa, Y. Hoshino, Y. Nishikawa, T. Hirose, D.H. Yoon, T. Mori, T. Sekiguchi, S. Shoji, H. Takeyama,
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 8 ページ: 379-385

    • DOI

      10.1016/j.bios.2014.08.059

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Active Microdroplet Merging by Hydrodynamic Flow Control Using a Pneumatic Actuator-Assisted Pillar Structure2014

    • 著者名/発表者名
      D.H. Yoon, A. Jamshaid, J. Ito, A. Nakahara, D. Tanaka, T. Akitsu, T. Sekiguchi, S. Shoji,
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 14 ページ: 3050-3055

    • DOI

      10.1039/c4lc00378k

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-Time Monitoring of Chemical Reaction in Microdroplet Using Fluorescence Specctroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda, N, Funaki, T. Kurabayashi, M. Suzuki, D.H. Yoon, A. Nakahara, T. Sekiguchi, S. Shoji
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators

      巻: B203 ページ: 536-542

    • DOI

      10.1016/j.snb.2014.06.045

    • 査読あり
  • [学会発表] 血管形成開始における血管内皮細胞と間葉系幹細胞の相互作用の影響2015

    • 著者名/発表者名
      上森寛元、谷村耕平、須藤亮
    • 学会等名
      第14回日本再生医療学会総会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-03-19 – 2015-03-21
  • [学会発表] ペリサイト付き毛細血管培養モデルからNVUモデル構築への展開2015

    • 著者名/発表者名
      須藤亮
    • 学会等名
      Neurovascular Unit研究会2015
    • 発表場所
      慶應義塾大学医学部信濃町キャンパス(東京都新宿区)
    • 年月日
      2015-01-31
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いたグリオーマ幹細胞の浸潤モデル2015

    • 著者名/発表者名
      須藤亮、多木壮太郞
    • 学会等名
      シンポジウム「細胞アッセイ技術の現状と将来」
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所コンベンションホール(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-01-13
  • [学会発表] HUVEC-MSC interactions in the initiation of capillary network formation2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Uwamori, Kohei Tanimura, and Ryo Sudo
    • 学会等名
      IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC) Micro and nanotechnology in medicine conference (MNMC) 2014
    • 発表場所
      Turtle Bay Resort (Oahu, HI, USA)
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-12
  • [学会発表] 間葉系幹細胞と血管内皮細胞の相互作用による血管形成の開始2014

    • 著者名/発表者名
      谷村耕平、上森寛元、須藤亮
    • 学会等名
      日本機械学会 第27回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-12
  • [学会発表] Liver tissue engineering using microfluidic devices2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo
    • 学会等名
      International Biomedical Engineering Conference (IBEC) 2014
    • 発表場所
      Kimdaejung Convention Center (Gwangju, Korea)
    • 年月日
      2014-11-20 – 2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale liver and vascular tissue engineering2014

    • 著者名/発表者名
      須藤亮
    • 学会等名
      17th Biomechanics Seminar
    • 発表場所
      京都大学再生医科学研究所(京都府京都市)
    • 年月日
      2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Capillary formation under interstitial flow in a microfluidic device for liver tissue engineering2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo, Yoshinori Abe, Saki Menjo, Kazuo Tanishita
    • 学会等名
      2014 BMES (Biomedical Engineering Society) annual meeting
    • 発表場所
      Henry B. Gonzalez Convention Center (San Antonio, TX, USA)
    • 年月日
      2014-10-22 – 2014-10-25
  • [学会発表] :Comparing of invasion form between glioma stem cells and the differentiated cells in a microfluidic 3D culture system2014

    • 著者名/発表者名
      Sotaro Taki, Shingo Fujioka, Sampetrean Oltea, Hideyuki Saya, Ryo Sudo
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
  • [学会発表] 医工薬連携によるOrgans-on-a-chipの開発2014

    • 著者名/発表者名
      須藤亮
    • 学会等名
      4大学ナノ・マイクロファブリケーション・シンポジウム
    • 発表場所
      新川崎・創造のもり地区(神奈川県川崎市)
    • 年月日
      2014-09-16
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いた細胞及び増殖因子位置制御による毛細血管網再構築の検討2014

    • 著者名/発表者名
      上森寛元、谷村耕平、須藤亮
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
    • 発表場所
      東京電機大学(東京都足立区)
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] Reconstruction of microvascular networks in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo, Hiroyuki Uwamori, Kohei Tanimura, Yoshinori Abe, Kazuo Tanishita
    • 学会等名
      4th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics
    • 発表場所
      Shima Kanko Hotel The Classic (Shima, Mie, Japan)
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-04
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of hepatocytes on capillary morphogenesis in a three-channel microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Ajoudanian, Kohei Yasuda, Ryo Sudo
    • 学会等名
      7th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center (Boston, MA, USA)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Initiation effect of hepatocyte-endothelial cell co-culture on capillary morphogenesis in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Saki Menjo, Ryo Sudo
    • 学会等名
      7th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center (Boston, MA, USA)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Evaluation of glioma invasion using glioma-initiating cells in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Sotaro Taki, Ryo Sudo
    • 学会等名
      7th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center (Boston, MA, USA)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] Effect of unidirectional VEGF supply on the formation of capillary networks with pericytes in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Uwamori, Ryo Sudo
    • 学会等名
      7th World Congress of Biomechanics
    • 発表場所
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center (Boston, MA, USA)
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [学会発表] 微小培養環境制御による肝細胞複合組織の再構築2014

    • 著者名/発表者名
      須藤亮
    • 学会等名
      第21回 肝細胞研究会
    • 発表場所
      東京医科歯科大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2014-06-27 – 2014-06-28
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いたグリオーマ幹細胞の浸潤形態および遊走能力の定量的評価2014

    • 著者名/発表者名
      多木壮太郞、藤岡真悟、須藤亮
    • 学会等名
      第37回日本バイオレオロジー学会年会
    • 発表場所
      大宮ソニックシティ(埼玉県さいたま市)
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-06
  • [学会発表] The effect of interstitial flow on capillary morphogenesis and its application for hepatocyte-endothelium co-culture in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo, Saki Menjo, Yoshinori Abe, Kazuo Tanishita
    • 学会等名
      International Symposium on Mechanobiology 2014 (ISMB 2014)
    • 発表場所
      Junko Fukutake Hall, Okayama University (Okayama, Japan)
    • 年月日
      2014-05-20 – 2014-05-23
  • [学会発表] The effect of interstitial flow on the formation of microvascular networks in a microfluidic device2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Sudo, Yoshinori Abe, Kohei Tanimura, Hiroyuki Uwamori, Kazuo Tanishita
    • 学会等名
      The 18th International Vascular Biology Meeting (IVBM 2014)
    • 発表場所
      Miyakomesse (Kyoto, Japan)
    • 年月日
      2014-04-14 – 2014-04-17

URL: 

公開日: 2016-06-01  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi