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

使用模拟体内血液循环的灌注生物反应器构建人体三维心肌组织的挑战

• 批准号: 18J22398
• 负责人: 戸部 友輔
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22398/
• 关键词: バイオリアクター; 血管床; 血管新生; 細胞シート; 脱細胞

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。

Tissue engineering for tissue engineering and transplantation therapy The cell density is high, the metabolism is high, the three-dimensional tissue is possible, and the thickness of the tissue is limited. The increase of tissue thickness is accompanied by the deficiency of acid and nutrients in the central part of the tissue, and the accumulation of old substances is the cause of death. This study aims to develop a method for introducing vascular network into three-dimensional tissue in vitro, for feeding culture medium into vascular network, for developing perfusion culture system, for developing multi-layered cellular structure, and for developing three-dimensional cardiac muscle tissue with thickness of more than 1 mm. This year, the development of perfusion culture methods for multi-layered cell culture and removal of vascular materials was carried out. The vascular bed has a small flow path for perfusion culture of soil and tissue, the flow path in the vascular bed for medium supply of culture medium, the induction of angiogenesis in the three-dimensional tissue, and the possibility of fluid delivery from the vascular network. In this study, two kinds of materials, i.e., tissue and biocompatible materials, were developed to produce vascular beds. Specifically, the vascular system of the small intestine is related to the perfusion of surfactant and nucleolytic enzymes, and the vascular bed is controlled by decellularization and decellularization of vascular endothelial cells in the small intestine. For example, bio-compatible materials are selected, concentrations and shapes are discussed, and vascular beds are manufactured. The conditions for the development of vascular beds and the introduction of vascular networks into cells are discussed. In this study, the introduction of vascular network and its culture medium into three-dimensional tissues in vitro were developed. This method is based on the organization of the central part of the death of the suppression, 1 mm, three-dimensional organization of the actual situation and possible technology.

项目成果

Engineering Three-dimensional Tissues Using Cell Sheet Technology and Collagen-based Vascularized Bed

使用细胞片技术和基于胶原的血管床工程三维组织

• 发表时间: 2019
• 作者: Katsuhisa Sakaguchi;Yusuke Tobe;Katsuhisa Matsuura;Tatsuya Shimizu;Mitsuo Umezu
• 通讯作者: Mitsuo Umezu

Fabrication of transplantable vascular bed by use of decellularized porcine intestine with re-endothelialization of human cells

利用脱细胞猪肠和人体细胞再内皮化制造可移植血管床

• 发表时间: 2018
• 作者: Yusuke Tobe;Katsuhisa Sakaguchi;Kazunori Sano;Hidekazu Sekine,Tatsuya Shimizu;Eiji Kobayashi;Mitsuo Umezu
• 通讯作者: Mitsuo Umezu

重層化心筋細胞シートの移植治療実現のための脱細胞化ブタ小腸を利用したヒトに移植可能な血管床の開発

利用脱细胞猪小肠开发可移植到人体的血管床，实现分层心肌细胞片移植疗法

• 发表时间: 2019
• 作者: Katsuhisa Sakaguchi;Yusuke Tobe;Katsuhisa Matsuura;Tatsuya Shimizu;Mitsuo Umezu;戸部友輔，坂口勝久，佐野和紀，関根秀一，清水達也，小林英司，梅津光生
• 通讯作者: 戸部友輔，坂口勝久，佐野和紀，関根秀一，清水達也，小林英司，梅津光生

脱細胞化ブタ小腸を骨格としたヒトに移植可能な血管床の開発

以脱细胞猪小肠为骨架，开发可移植到人体的血管床

• 发表时间: 2018
• 作者: Katsuhisa Sakaguchi;Yusuke Tobe;Katsuhisa Matsuura;Tatsuya Shimizu;Mitsuo Umezu;戸部友輔，坂口勝久，佐野和紀，関根秀一，清水達也，小林英司，梅津光生;戸部友輔，坂口勝久，佐野和紀，関根秀一，清水達也，小林英司，梅津光生
• 通讯作者: 戸部友輔，坂口勝久，佐野和紀，関根秀一，清水達也，小林英司，梅津光生

Reconstruction of a vascular bed with perfusable blood vessels using a decellularized porcine small intestine for clinical application.

利用脱细胞猪小肠重建可灌注血管的血管床用于临床应用。

• DOI: 10.1007/978-3-030-66169-4_35
• 发表时间: 2021
• 期刊: 11th Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering. APCMBE 2020. IFMBE Proceedings
• 作者: Yusuke Tobe;Katsuhisa Sakaguchi;Jun Homma;Kazunori Sano;Eiji Kobayashi;Hidekazu Sekine;Kiyotaka Iwasaki;Tatsuya Shimizu;Mitsuo Umezu.
• 通讯作者: Mitsuo Umezu.