生体素材のみで作る小児用新規動脈グラフトの開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26670506
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 横山 詩子 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (70404994)
• 研究分担者: 郷田 素彦 横浜市立大学, 附属病院, 講師 (30644570) ; 安田 章沢 横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 助教 (20468169) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 再生医療 / 循環器・高血圧 / 平滑筋 / 人工血管

研究実績の概要

先天性心疾患の外科治療では人工血管が多く使用されており、小児に理想的な人工血管とは、異物の残存や石灰化がなく、成長する可能性があるものと考えられている。さらに動脈グラフトには体血圧に耐えられる高い弾性が必要である。しかしながら理想的な動脈グラフトは近年の顕著な再生医学の進歩にも関わらずいまだ実現していない。我々は先行研究で、ラット大動脈平滑筋細胞に細胞外基質の薄膜を作ることで細胞を積層し、高い弾性を有する多層の三次元平滑筋細胞シートを作製することに成功した。先行研究の技術をもとに、本研究ではヒト臍帯動脈平滑筋細胞を用いて生体素材のみからなる小児用の新規動脈グラフトを開発することを目的とした。ラット新生児大動脈平滑筋積層細胞体の厚みは15層の場合約200 マイクロメートルとなった。重層された細胞シートの弾性をDMT社のティッシュープラーを用いて張力を測定した。この２方向の引っ張り試験より、この平滑筋細胞積層体の張力はマウス大動脈の中膜とほぼ同等であることが確認された。ラットの細胞シートはチューブ状に加工することで、チューブグラフトとして移植することができ、張力測定により、破断圧力も1400 mmHgを超えることがわかった。さらに、ヒトへの応用に向けて、ヒト臍帯血管平滑筋細胞を同様の方法で積層することに成功した。ヒトの細胞シートはパッチグラフトとしてヌードラットに移植し、３か月までの開存を確認することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Arterial graft with elastic layer structure grown from cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Tonooka Y, Koretake R, Akimoto T, Gonda Y, Saito J, Umemura M, Fujita T, Sakuma S, Arai F, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 1 ページ: 140
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00237-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pathology and Molecular Mechanisms of Coarctation of the Aorta and its Association with the Ductus Arteriosus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Ichikawa Y, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • 雑誌名: J Physiol Sci. 巻: 67 ページ: 259-270
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0512-x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced EP4 Expression in a Pulmonary Artery Aneurysm with Dissection in a Patient with Pulmonary Arterial Hypertension. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akagi S, Nakamura K, Yokoyama U, Kasahara S, Sarashina T1, Ejiri K, Sano S, Ito H.
  • 雑誌名: Cardiovasc Imaging 巻: 10 ページ: e005839
  • DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.116.005839.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glutamate promotes contraction of the rat ductus arteriosus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita S, Yokoyama U, Ishiwata R, Aoki R, Nagao K, Masukawa D, Umemura M, Fujita T, Iwasaki S, Nishimaki S, Seki K, Ito S, Goshima Y, Asou T, Masuda M, Ishikawa Y. Glutamate promotes contraction of the rat ductus arteriosus.
  • 雑誌名: Circ J 巻: 80 ページ: 2388-2396
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Use of Three-Dimensional Arterial Models To Predict the In Vivo Behavior of Nanoparticles for Drug Delivery. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chetprayoon P, Matsusaki M, Yokoyama U, Tejima T, Ishikawa Y, Akashi M.
  • 雑誌名: Angew Chem Int Ed Engl. 巻: 55 ページ: 4461-4466
  • DOI: 10.1002/anie.201509752.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] In vitro fabrication of functional arterial graft by supraphysiological hydrostatic pressurization. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Saito J, Sakuma S, Arai F, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • 学会等名: The 81th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
  • 発表場所: 石川音楽堂（石川県金沢市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [学会発表] ON-CHIP CELL GYM. (2017)
  • 著者名/発表者名: Horade M, Kaneko M, Tsai CHD, Ito H, Higashino N, Akai T, Yokoyama U, Ishikawa Y, Sakuma S, Arai F.
  • 学会等名: The 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 2017-01-22 – 2017-01-26
  • 国際学会
• [学会発表] Functional arterial graft fabricated from pressurized cell-layers. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Y, Yokoyama U,Gonda Y, Akimoto T, Sakuma S, Arai F, Kaneko M.
  • 学会等名: European Society of Cardiology
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 2016-08-27 – 2016-08-31
  • 国際学会
• [学会発表] In-vitro fabrication of scaffold-free arterial grafts by periodic hydrodynamic pressurization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Tonooka Y, Koretake R, Akimoto T, Sakuma S, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • 学会等名: International and Interdisciplinary Symposium 2016
  • 発表場所: 東京医科歯科大学（東京都）
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞工学による動脈グラフトの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山 詩子, 石川 義弘
  • 学会等名: 第19回小児心血管分子医学研究会
  • 発表場所: 東京ドームホテル（東京都）
  • 年月日: 2016-07-06 – 2016-07-06
  • 招待講演
• [学会発表] Cell Exerciseによる細胞組織構築法はなぜいいのか (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 学会等名: 第２８回阪大医療組織工学フォーラム
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-06-13 – 2016-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] The behavior of cells during Cell Exercise. (2016)
  • 著者名/発表者名: Higashino N, Kaneko M, Yokoyama U, Ishikawa Y
  • 学会等名: ROBOMECH2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-06-08 – 2016-06-11
• [学会発表] The behavior of different cell groups after the partition wall removal. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi T, Kaneko M, Yokoyama U.
  • 学会等名: ROBOMECH2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-06-08 – 2016-06-11
• [備考] 横浜市立大学医学部循環制御医学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seiri1/
• [産業財産権] 三次元組織体及びその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • 権利者名: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: JP2015-541635
  • 出願年月日: 2016-04-08
• [産業財産権] 三次元組織体及びその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • 権利者名: 明石満、松崎典弥、石川義弘、横山詩子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 15/028,204
  • 出願年月日: 2016-04-10
  • 外国