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現在の再生医療研究や創薬研究において培養細胞を用いたin vitroでの解析が行われているが、ヒトの生体内3次元環境とは大きくかけ離れており組織・臓器レベルでの解析は困難である。申請者はこれまでに細胞シート工学を基盤とし生体外で再生組織内へ血管網を付与するための技術開発を行い、動静脈付きの血管床と細胞シートを用いバイオリアクターで組織灌流を行うことで生体同様に潅流可能な血管付きの3次元組織の再構築を可能としてきた。本研究課題では生体外における血管網付与技術を用いたヒト3次元心筋組織モデルの作製を目的としている。作製組織の薬物反応を代謝(ATP)の観点から解析するためにルシフェレーストランスジェニックラットの心筋細胞を用い、血管床はラット大腿動静脈を含む筋組織を成形し一週間生体内へ留置することにより毛細血管の動静脈短絡を誘導させin vitroにおいて灌流液が動脈から組織、さらに静脈へ戻るような血管付き心筋組織を作製した。3層のラット血管内皮-心筋共培養細胞シートを血管床上へ積層化し組織灌流を行うことで3日後には心筋組織内の毛細血管と血管床の毛細血管との間に血管を介した繋がりができることを確認した。また心筋細胞シートの段階的積層を行うことで、6層のより厚みのある心筋組織を再構築した。この作製心筋組織に対し動脈を介したイソプロテレノール、エピネフリンなどのカテコラミンの投与を行うことで心筋組織の拍動数とATP活性の上昇、また血圧の変動を確認した。また心毒性を有するドキソルビシンの持続投与による心筋組織のATP活性低下を確認し組織モデルとしての有用性を示すことができた。最終年度ではヒトiPS由来心筋細胞へルシフェレース遺伝子を導入することで評価モデルとしてのヒト血管付き3次元心筋組織の構築に成功した。
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