人工臓器における大規模集積流路ネットワークの形態設計・評価に関する研究

人工器官大规模集成通道网络的形态设计与评估研究

• 批准号: 16656068
• 负责人: 白樫 了
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656068/
• 关键词: 人工臓器; scaffold; 流動抵抗; 大規模集積流路; 形態設計理論; 光造形

最終年度は,トップダウン的手法により,流動抵抗最小で且つHepG2の細胞密度が10^7-10^8cells/mlを支持しできる構造を設計した,1)SU-8にて型どりしたPDMS製の角柱群構造,2)アクリル系樹脂の立方体群構造,と3)Tissue Engineeringに一般的に用いられるポリ乳酸多孔質体(平均空孔直径300μm)について,細胞接着能力の評価と流動抵抗測定,培養と計算による細胞支持密度の測定と推定を試みた.即ち,1)については,縦横約30mm×20mm高さ400μmの平板中に40μm角の角柱が20〜40μmの流路幅の最適化された密度で林立するデバイスを作成し,コラーゲンコートにより細胞接着能力を向上させ細胞を接着させることに成功した.2)は,一辺40μmの立方体が20μmおきに配置された構造を2次元光造形装置により作成し,同じくコラーゲンコートにより細胞接着能力を向上させ細胞を接着させることに成功したが,細胞接着能力は1)に比べて著しく低かった.Scaffoldの流動抵抗の透過率による3者の評価は,1)の構造体では透過率の定義が困難であることから,ダルシー流れを仮定できる2)と3)については,scaffoldの透過率を種々の流速について測定して,1)とまったく同じサイズのデバイスに充填した際の流動抵抗を数値シミュレーションにより推定した.その結果,流量0.4ml/min近傍では,流動抵抗は,1),3)=2)の順番に大きくなった.このことは,構造を最適設計した平板型デバイスの優位性を示している.環流培養によるscaffoldの代謝能力の評価については,培養条件の絞り込みが本年度末までに間に合わず,現在継続中である.さらに,本研究で使用した1)の構造は,constructal理論によるトップダウン的な流路構造で設計したものであるが,常に通常の並列流路が最適となり,ボトムアップ的計算法による結果と一致しなかった.

In the final year, the flow resistance is minimized and HepG2 cell density is 10^7- 10^8 cells/ml. The structure is designed to support 1)SU-8 type PDMS prism structure, 2) polyhedral resin cube structure, 3)Tissue engineering general use.(Average pore diameter 300μm) Evaluation of cell adhesion ability Measurement of flow resistance Culture calculation Measurement of cell support density Estimation of cell adhesion That is, 1) in the middle of the plate, about 30mm×20mm in height and 400μm in width, 40μm angle prism 20 ~ 40μm flow path width optimization density, cell adhesion ability, cell adhesion ability, cell adhesion ability, The cell adhesion ability is higher than the cell adhesion ability. The cell adhesion ability is lower than the cell adhesion ability. The scaffold flow resistance transmittance is lower than the cell adhesion ability. The scaffold flow resistance is lower than the 1) The flow resistance at the time of filling is estimated to be the same as that at the time of filling. Results, flow rate 0.4ml/min near, flow resistance,1),3)=2). The optimum design of the flat plate structure is shown in this paper. Current cultivation of scaffolds and metabolic capacity evaluation of the medium, culture conditions and the medium to the end of the year, now in the middle of the year. In this study, the structure of the flow path is designed according to the structural theory, and the calculation method of the parallel flow path is consistent with the result.

项目成果

Fabrication of Microbioreactors with an Optimized Structure Designed for High Culture Density of Hepatocyte

为肝细胞高培养密度设计的优化结构微生物反应器的制造

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of International Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology (In press)
• 作者: Christophe Provin;Kiyoshi Takano;Ryo Shirakashi;Yasayuki Sakai;Teruo Fujii
• 通讯作者: Teruo Fujii

生物の循環系の流路構造と設計

生物循环系统流路结构与设计

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第14回複雑現象工学グループ講演会資料 (発表予定)
• 作者: Christophe Provin;Kiyoshi Takano;Ryo Shirakashi;Yasayuki Sakai;Teruo Fujii;白樫 了
• 通讯作者: 白樫 了

人工臓器への応用を目的とした種々の足場構造の物質輸送に関する基礎的研究

应用于人造器官的各种支架结构的材料传输基础研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Vol.II
• 作者: 高野清;C.PROVIN;酒井康行;藤井輝夫;白樫了
• 通讯作者: 白樫了