Basic research on the production of basic artificial organ skeletons and on the mass production and quality improvement

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K19566
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 松本 桂太郎 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 准教授 (80404268)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朝重 耕一 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 助教 (70457547) ; 中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609) ; 李 桃生 長崎大学, 原爆後障害医療研究所, 教授 (50379997) ; 山本 郁夫 長崎大学, 海洋未来イノベーション機構, 教授 (10392953) ; 永安 武 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 教授 (80284686)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Keywords: 再生医療 / 臓器再生 / メカノバイオロジー

Outline of Annual Research Achievements

様々な管腔臓器へ移植可能な汎用性のあるスキャフォールドを用いない人工臓器基本構造体の構築およびメカノバイオロジー理論を応用した工学的な手法を用いた人工臓器大量生産法確立のための基礎的研究を目的とする。
１）　管腔臓器の基本骨格である平滑筋組織の作製を行う。まず骨髄幹細胞を用い、効率化平滑筋分化プロトコール開発した。これを用いて、分化型平滑筋細胞の大量作製に成功した。この分化した細胞を用いて、管腔型平滑筋構造体を作製するため、バイオ３Dプリンターを用いた平滑筋組織の立体化を進めている。培養条件の最適化が必要であり、現在様々な条件の検討を行っている。
２）メカノバイオロジー理論を用いた人工臓器の品質向上および作製時間短縮の新たな作製方法の開発。細胞に種々の刺激を加えることで、培養期間の短縮、細胞外マトリックス産生などによる品質向上を検証している。圧刺激（ずり応力、圧力刺激、伸展刺激を波動刺激で行う）による人工臓器培養；平滑筋細胞に対する圧刺激では、圧力を構造体の内側、外側、波動圧により培養する。加圧可能な培養システムを購入し、圧力、波動圧などによる細胞の培養、分化条件を検討している。細胞外マトリックス産生、平滑筋繊維増生、機械的強度評価を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

高圧下細胞培養において、当初の仮説とは異なった結果が出ているため。培養システムの再構築により、さらに詳細なデータを収集している。

Strategy for Future Research Activity

１）管腔臓器の基本骨格である平滑筋組織の作製および立体化の効率化を進めていく。さらに立体化による管腔構造体の作製ができれば、ラットへの移植を施行し、機能評価を行う。また、細胞ソースとして、iPS細胞を使用し、同様の評価を行う。
２）メカノバイオロジー理論を用いた人工臓器の品質向上および作製時間短縮の新たな作製方法の開発。圧刺激（ずり応力、圧力刺激、伸展刺激を波動刺激で行う）による人工臓器培養の評価を行った後、電気刺激、超音波刺激、光刺激による立体臓器作製への評価を行う。

Causes of Carryover

骨髄幹細胞の分化型平滑筋へ分化プロトコールの作製が遅れており、圧力刺激、進展刺激を行う実験の開始が遅れたため、次年度へ繰り越す実験が生じた。そのために、使用額の繰越しも生じた。次年度は、様々な刺激条件の検に、繰越金を使用する予定としている。