Co-culture model with neurons and skeletal muscle tissue for reproduction of motor function declined by aging

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本研究の目的は、神経信号伝達を起因として筋収縮運動可能な脳－骨格筋モデルを創出するとともに、老化状況を脳－骨格筋モデルで作り出すことで加齢時運動機能低下を再現し、加齢性筋萎縮の病態・薬効解析に提案モデルが有用であることを示すことである。脳－骨格筋モデルの構築に向けて、まず土台となるヒト骨格筋組織の構築を目指した。申請者独自の3Dプリンタ製のアンカとPDMSモールドを用いることで、両端部を固定した状態でヒトプライマリ筋芽細胞を含む様々なヒト筋前駆細胞の３次元培養をすることに成功した。この両端部固定により張力が負荷された条件での培養が実現され、それによって培養1, 2週間程度でヒト骨格筋組織が構築可能なことを示した。加えて、免疫染色により筋線維独特のα-アクチニンの縞状パターンの発現が確認され、成熟した形態を有することが確認された。さらに、上記のヒト骨格筋組織への電気刺激の負荷によって収縮運動が引き起こされることを示し、当該方法にて機能的にも成熟した組織が両細胞から構築可能であることを確認した。また、ヒトiPS細胞由来の神経細胞の特定部位と筋線維を共培養することで、神経信号の伝達による筋線維の収縮運動が効率よく発現することを確認した。これにより、ヒト神経細胞を用いた神経筋接合部の形成に成功したことが示唆された。この神経細胞を3次元塊状に保持可能かつ軸索のみを伸展可能なスリットを有するマイクロデバイスの作製も達成しており、マイクロデバイスの利用による神経と骨格筋組織の共培養の実現可能性も明らかにした。