ヒト皮膚細胞培養における増殖パターンの解析と知的制御バイオリアクターの開発

人体皮肤细胞培养增殖模式分析及智能控制生物反应器开发

• 批准号: 10750577
• 负责人: 紀ノ岡 正博
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750577/
• 关键词: バイオリアクター; 増殖モデル; 画像処理; 組織培養; 角化細胞; 細胞数測定; 培養皮膚; 動物細胞; 皮膚細胞; 増殖速度論; 画像解析; 知的制御; ケラチノオイト; 動物細胞培養

形成外科領域では、ヒトの皮膚、軟骨、骨等の組織内にある細胞を分離し、in vitro で培養および組織の再構成をおこなった後、患者に移植する形成治療技術が開発されきた。特に、火傷患者に対して皮膚組織の角化細胞を培養して、培養皮膚(スキングラフト、表皮細胞をin vitroで皮膚組織に再構成したもの)を生産・移植する際、培養工程がもっとも重要となってくる。本申請課題では、平成10年度にフィーダーレイヤーを用いずヒト角化細胞を培養する方法を確立するため、培地組成、細胞付着面の改善、培地量、接触量等の基礎的培養条件について検討を行なった。また同時にCCDカメラを付設した光学顕微鏡にて本培養条件下での角化細胞の増殖形態を解明し、速度論的解析を行なった。平成11年度は、CCDカメラを付設したバイオリアクターシステムを構築して、角化細胞の細胞間隔、倍化時間、さらには、細胞分裂時の培養容器底面への細胞の付着機構を明らかにし、培養データを蓄積した。特に、無血清培地を用いた角化細胞の単層培養において、増殖に対する種々の細胞摂取量の影響について検討を行った。細胞配置型モデルを適用し、接種後の細胞接着期、誘導期、対数増殖期、および細胞密度が高いときの接触阻害により生じる定常期を表現した。本モデルを用いることにより、細胞分裂が起こるまでの誘導期の時間は細胞摂取量の対数値に比例して短くなり、その結果、細胞増殖が向上することがわかった。さらに、提案したモデルは、角化細胞の効率的な増殖を実現する最適な細胞摂取量の決定に有効であることを実証した。このことは、本モデルが、スキングラフトの生産に対し最良な培養計画を予測するための有用なツールとなることを示した。

在整形外科领域，已经开发了一种开发用于人类皮肤，软骨，骨骼等组织中的细胞，分离，培养和组织在体外重建，然后植入患者。特别地，培养过程是最重要的，当培养烧伤患者皮肤组织的角化细胞，生产和移植培养的皮肤（皮肤移植物，表皮细胞，在体外重构为皮肤组织）。在1998年，检查了基本培养条件，例如中等成分，细胞附着表面改善，中等体积，接触量等，以建立一种在不使用进料器层的情况下培养人角化细胞的方法。同时，使用配备有CCD摄像机的光学显微镜阐明了角化细胞在主要培养条件下的增殖形态，并进行了动力学分析。 1999年，使用CCD摄像头构建了生物反应器系统，以阐明角化细胞的细胞间隔，双倍时间以及细胞在细胞分裂过程中培养容器底部的粘附机制，并积累了培养数据。特别是，在使用无血清培养基的角化细胞的单层培养物中，研究了各种细胞摄入对增殖的影响。将细胞排列模型应用于表达细胞粘附阶段，诱导阶段，对数生长阶段以及由于高细胞密度下接触抑制而发生的稳态阶段。使用此模型，发现细胞分裂发生前的诱导阶段的时间与细胞摄入的对数值成正比，从而改善了细胞增殖。此外，我们证明了所提出的模型可有效确定最佳细胞摄取以实现角质形成细胞的有效增殖。这表明该模型是预测皮肤移植生产最佳培养计划的有用工具。

项目成果

Masahiro Kino-oka and JinE.Preirosil: "Automated cullure of human keratinoiytes in bioreactor with image analysis for production of autologous skin grafts" The 7th International Conference on Computer Application in Biotechnolgy. 497-502 (1998)

Masahiro Kino-oka 和 JinE.Preirosil：“通过图像分析在生物反应器中自动培养人类角质细胞以生产自体皮肤移植物”第七届生物技术计算机应用国际会议。

M.Kino-oka,S.Tone and J.E.Prenosil: "Establishment of on-line monitoring in human keratinoytes culture and ITS application to bioreactor culture" 化学工学会第31回秋季大会 要旨集. 2. 4 (1998)

M.Kino-oka、S.Tone 和 J.E.Prenosil：“人类角质细胞培养在线监测的建立及其在生物反应器培养中的应用”化学工程师学会第 31 届秋季会议摘要 2. 4 (1998)。

M.Kino-oka et al.: "Valuation of Growth Parameters in Monolayer Keratinocyte Culture Based on a Two-Dimensional Cell Placement Model"J.Biosci.Bioeng.. 89(3)(in press). (2000)

M.Kino-oka 等人：“基于二维细胞放置模型的单层角质形成细胞培养中生长参数的评估”J.Biosci.Bioeng.. 89(3)（印刷中）。

M.Kino-oka and J.E.Prenosil: "Automated Culture of Human Keratinocytes in Bioreactor with Image Analysis for Production of Autologous Skin Grafts"The Computer Applications in Biotechnology. 497-502 (1998)

M.Kino-oka 和 J.E.Prenosil：“利用图像分析在生物反应器中自动培养人类角质细胞以生产自体皮肤移植物”计算机在生物技术中的应用。

M.Kino-oka et al.: "Chem.Eng.Symp.Ser.70"The Soc of Chem. Engrs. Japan. 180 (1999)

M.Kino-oka 等人：“Chem.Eng.Symp.Ser.70”化学协会。