2015 Fiscal Year Research-status Report
生体腱のコラーゲン階層構造を模倣した人工腱マトリクスの創製とその再構築機序の解明
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15K01321
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
柚木 俊二 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部 バイオ応用技術グループ, 主任研究員 (20399398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 和則 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20166507)
近藤 英司 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (60374724)
大藪 淑美 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部 バイオ応用技術グループ, 副主任研究員 (80587410)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 人工腱 / コラーゲン / 配向 / 線維 / せん断応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規な一軸配向コラーゲンゲル線維束の作製技術を開発した（本研究で作製したゲル線維束の特長および作製方法の詳細は、特許出願のため公開を延期する）。ゲル線維束の配向性を高める条件を明らかにし、配向性の制御に成功した。ゲルを架橋・乾燥して得られるコラーゲンファイバーの力学特性を引っ張り試験により評価し、天然の腱に比肩する優れた力学特性を実証した。
次に、得られた乾燥ファイバーの束化・階層化を行った。15ループのファイバーを内径6mmのプラスチック容器に充填し、凍結乾燥の後に熱架橋して安定化した。この断面をSEMで観察したところ、マイクロファイバー（生体腱のbundleに相当）間に空隙を有した構造であることを確認した。マイクロファイバー内にも、凍結乾燥の効果で微細気孔を有しており、狙っていた３層階層化が実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究におけるコラーゲン構造階層化を、１年目で予定通り実証したため、進捗状況（２）を選んだ。
今後のコラーゲン階層化の設計を可能にするゲル線維束を得たので、in vivo細胞浸潤性の実験を実施中である。電子顕微鏡像から細胞浸潤性を示すことは明確であり、近日中に結果が得られる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に開発したファイバーの径と密度を制御した４種類の人工腱マトリクスを、中央1/3を切除した兎膝蓋腱欠損部に移植し、3、12、24週で摘出して引っ張り試験、TEMおよび組織学的観察、PCR解析を行う。これによって、コラーゲン線維の配向度と人工腱マトリクス内の間隙比率（fiber密度）が再構築速度および力学強度の低下率に及ぼす効果を明らかにする。またスリットを入れた兎膝蓋腱中央1/3部に凍結解凍処理を行って天然マトリクス移植モデルとし、同様の評価を行い比較する。データの比較には分散分析を用いる。
当初の計画では、一方向凍結によって配向軸と並行した気孔を付与した材料を作製する予定であった。しかし、一度に複雑な階層構造を付与するのではなく、まず第一弾として配向ファイバーの径と束化密度を制御したシンプルな細胞浸潤性材料で、構造因子の影響を明らかにすることにした。平成27年度に開発したコラーゲンファイバーには数μmの気孔が観察されたため、細胞浸潤性が期待できたことが理由である。第一弾の人工腱を用いたin vivo実験の成果が得られた後、必要に応じて並行気孔の付与へと移行する。
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| Causes of Carryover |
コラーゲンの値引き額が変わったことにより、若干の誤差が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
２年目の実験必需品で速やかに使用する。
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