【研究領域課題番号】21KK0199 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

温度応答性高分子 / 機能性界面 / バイオ界面 / 細胞組織 / 幹細胞 / 再生医療 / 組織工学

【研究成果の概要】

本研究は、米国ユタ大学との国際共同研究により、再生医療に用いる幹細胞組織を作製するための機能性バイオ界面を開発することを目的としている。
令和三年度は、温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)を細胞培養皿表面に修飾して作製した機能性バイオ界面、および、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミドと細胞非接着領域として親水性のポリアクリルアミドをラインパターン状に修飾して作製した機能性バイオ界面を作製した。
作製した機能性バイオ界面を用いて、臍帯由来間葉系幹細胞、骨髄由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞の細胞組織の検討を行った。ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)のみを修飾した機能性バイオ界面では、タンパク質コーティングの量や、細胞播種密度を調節することで、間葉系幹細胞組織を作製することができた。
また、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)とポリアクリルアミドをライン状にパターニングして作製した機能性バイオ界面では、幹細胞が配向して組織化されることが確認できた。また、三種類の間葉系幹細胞の比較では、骨髄由来間葉系幹細胞は配向しやすく、臍帯由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞は配向しにくい傾向が確認された。そこで、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)とポリアクリルアミドのラインパターンの間隔や、ポリアクリルアミドの修飾量を制御することで、臍帯由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞の配向性を確認することができた。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2021-10-07 - 2025-03-31

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究領域課題番号】19H02447 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医療 / 細胞組織 / 機能性界面 / 温度応答性 / 組織工学 / 温度応答性高分子 / バイオ界面 / 細胞分離 / 温度応答性界面 / 機能性インターフェイス / バイオセパレーション / バイオマテリアル

【研究成果の概要】

本研究は、再生医療に用いる細胞組織を作製するための機能性バイオインターフェイスの開発を目的としている。
令和三年度は、温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)に細胞認識ペプチドを導入したバイオインターフェイスによる細胞分離の機能開発および細胞組織を作製する研究を推進した。
下層にペプチド結合部位としてpoly(2-hydroxyethyl methacrylate-co-propargyl acrylate) (poly(HEMA- co -PgA))、上層に温度応答性部位としてpoly(NIPAAm-co-HEMA)を有するブロックコポリマーをガラス基板に修飾した。この高分子に血管内皮細胞選択的な接着活性を示すArg-Glu-Asp-Val (REDV)ペプチドを導入した。作製したガラス基板をペトリディッシュに固定化し、モデル細胞として血管を構成するヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)、ヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)、大動脈平滑筋細胞(AoSMC)を37℃で播種したところ、HUVECのみが接着した。さらに温度を20℃に下げることで接着したHUVECを回収することができた。この特性を利用して、温度変化だけでHUVECの分離を達成することができた。
また、PNIPAAm修飾基板を用いた間葉系幹細胞組織の作製に着手している。細胞播種密度やタンパク質吸着量を適切に制御することで効率的に細胞組織を作製することができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】18K19938 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオマテリアル / 再生医療 / 組織工学 / DDS / 細胞組織 / ナノ粒子 / 酸素 / 虚血 / 細胞移植 / 酸素産生 / 組織生着

【研究成果の概要】

本研究課題では、ポリ乳酸－ポリグリコール酸共重合体(PLGA)という生体内で分解する材料を原料としたナノ粒子の開発をおこなった。電圧をかけながら、原料の溶液を噴射する粒子の作製方法（エレクトロスプレー法）を用いて、電圧や原料溶液の組成を調節することで、ナノ粒子の形状、粒子径、生体条件での分解速度を制御することが可能となった。開発したナノ粒子を細胞と一緒に移植することで、移植した細胞の機能を改善できる可能性が示された。

【研究の社会的意義】

本研究課題で開発したナノ粒子は、細胞を移植して疾病を治療する再生医療において、疾患部位に移植した細胞の生存率、活性を向上できる可能性がある。これにより、再生医療の治療効果の向上、および、その適用範囲を大幅に拡大できる可能性がある。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】15H05761 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Cell Exercise / 細胞シート / 平滑筋細胞 / 周期的静水圧印加 / 細胞培養 / 人工血管 / 周期加圧 / 動脈移植 / メカトロニクス / 細胞組織力学 / 再生医療 / 圧力印加 / 細胞組織 / 細胞組織工学 / 力学

【研究成果の概要】

ヒトは筋トレによって筋肉を増強することができる。これと同じことは細胞レベルでも期待できる。ヒトの臍帯動脈平滑筋細胞をシリンジに入れ、低圧側110-高圧側180kPaかつ周波数0.002Hzの条件で周期的静水圧印加を行ったところ、細胞播種後３０分で大気圧培養と比較して、細胞サイズに統計的有意差が見られた。この条件を基に、ラットの血管平滑筋細胞を用いて同様の工程で10層のシートを作製し、ラットに移植したところ、人工血管として機能することが明らかになった。また人工血管の最大破断応力は、ラットの動脈のそれとほぼ同等なレベルになった。平滑筋細胞だけでなく、心筋細胞に対しても興味深い違いが認めれた。

【研究の社会的意義】

心疾患は主要な死因であり、その中でも心筋梗塞や狭心症といった冠動脈疾患は大部分を占める。心筋梗塞の治療法として冠動脈バイパス手術が施行されているが、特に細い血管において、臨床で利用可能な小口径の人工血管は存在せず、そのため内胸動脈や大腿静脈など自己血管を使用しているのが現状である。近年Tissue Engineering技術により血管の再生を試みる研究が数多くなされているが、現在のところ臨床応用可能な理想的な人工血管は開発されていない。本研究では、ヒト臍帯動脈平滑筋細胞などヒト由来細胞を用いて動脈用血管グラフトを作製することを究極のゴールにしているという点で、社会的意義はきわめて大きい。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2015-05-29 - 2019-03-31

【配分額】148,330千円 (直接経費: 114,100千円、間接経費: 34,230千円)