生体内の血液循環を模擬した灌流バイオリアクタによるヒト立体心筋組織構築の挑戦

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細胞から組織や臓器を作製する組織工学は移植治療や薬剤スクリーニングへの応用が期待されている。しかし、心臓を始めとする細胞密度が高く、代謝が高い立体組織は構築可能な組織の厚みに限界が存在する。これは、組織厚の増加に伴う組織中心部での酸素・栄養素不足、および老廃物の蓄積により壊死が発生することに起因する。そこで本研究は、生体外において立体組織への血管網の導入、および血管網への培養液の送液を達成する灌流培養システムの開発を通して、細胞シートの多層化によって1 mm以上の厚みを有する立体心筋組織を作製する手法の開発を目的としている。本年度は、多層化した細胞シートの中に栄養供給や老廃物除去を担う血管を導入する手法の確立を目的とし、血管床上での細胞シートの灌流培養手法の開発を行った。血管床とは微小流路を有する灌流培養の土台となる組織であり、血管床内の流路を介した培養液の供給により、立体組織内への血管新生の誘導、および血管網への送液を可能とする。本研究では生体組織、および生体適合性材料の2種類の材料から血管床を作製する手法を開発した。具体的には、血管柄付ブタ小腸の血管系に対し界面活性剤、および核酸分解酵素を灌流することで脱細胞化し、脱細胞化したブタ小腸をヒト血管内皮細胞によって再細胞化することで血管床を作製した。また、生体適合性材料としてハイドロゲルを選定し、濃度や形状の検討を行うことで血管床を作製した。そして、実際に開発した血管床を用いた細胞シートの灌流培養条件の検討を行い、細胞シート内に血管網を導入可能な条件を明らかとした。本研究により、生体外において立体組織内に灌流可能な血管網の導入、および導入した血管網への培養液の送液を達成可能な灌流培養手法を開発した。本手法は組織中心部での壊死の抑制に有効であるため、1 mmを超える立体組織構築の実現に寄与可能な技術であると推察される。