心ポンプ機能を有する3次元心筋細胞培養系の構築に関する基礎的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14780630
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 馮 忠剛 山形大学, 工学部, 助手 (10332545)
• Keywords: 心筋細胞培養 / 3次元構築 / 応力バイオリアクタ / 力学特性 / コラーゲンゲル / 生体材料足場

Research Abstract

本研究は研究実施計画に従って、順調に進んでいる。今年度の研究成果は以下のように要約される。
(1)心筋細胞採取・単離:ラット胎児から心筋を取り出し、細胞を単離して初期培養を行なうことが出来た。その単離心筋細胞の自発拍動能および分裂能は実験技術の向上とともに上昇した。
(2)心筋細胞の3次元培養:単離した心筋細胞を生体材料足場(コラーゲンゲル)の中に埋め込んで3次元構造の細胞組織を構築した。特定な条件下ではこの3次元構造心筋細胞にも自発的な拍動が観察された。また、この3次元構造コラーゲンゲルの力学特性を調べた結果、心筋細胞を埋め込んだゲルシートが繊維芽細胞を埋め込んだゲルシートよりもゲルの收縮レベルと強度が大きかった。この知見はこれまでの研究報告には見当たらず、本研究での新知見である可能性が高い。
(3)応力バイオリアクタの開発:ラット胎児心筋の分化成長と収縮力の亢進を目的として、上記の3次元心筋細胞ゲルシートに心拍動を模擬する動的負荷を印加することのできる応力バイオリアクタの開発を行った。この動的応力バイオリアクタはパソコンの制御のステッピングモータで駆動され、多様な動的負荷を3次元心筋細胞ゲルシートに印加することが出来る。このバイオリアクタは一般的なCO_2インキュベータを改造することなくインキュベータ内に設置することが可能で、駆動下で細胞の培養ができる。開発した応力バイオリアクタのこの他の特徴は小型でゲルシートを取り付け易く、かつ滅菌も容易なことである。初期段階の実験によって、このバイオリアクタが設計目標を十分に満たし、心筋細胞分化成長と収縮力の促進に効用があることがわかった。
来年度は、これらの成果に基づき、最大の収縮力を獲得するためのバイオリアクタ制御における最適条件を見いだすとともに3次元培養心筋細胞に栄養を伝達するための微小管構造構築の問題を解決していく予定である。

Research Products

• [Publications] Z.Feng, et al.: "Measurements of the Mechanical Properties of Contracted Collagen Gels Populated With Rat Fibroblasts and Cardiomyocytes"J. of Artificial Organs. (印刷中). (2003)
• [Publications] Z.Feng, et al.: "Investigation on the Mechanical Properties of Contracted Collagen Gels for the Leaflet of Valve Prosthesis"Proceedings of the 5^<th> International Conference on System Simulation and Scientific Computing. 728-729 (2002)
• [Publications] Z.Feng, et al.: "Measurements of the Mechanical Properties of Contracted Collagen Gels Populated With Rat Fibroblasts and Cardiomyocytes"人工臓器(第40回日本人工臓器学会大会). 31. S53 (2002)
• [Publications] 馮忠剛, 他: "Effects of tensile bioreactor on 3-dimentional cardiomyocytes culture"日本機械学会関東支部第9期総会講演会論文集. 85-86 (2003)