軟骨細胞に最適化したバイオリアクターの開発

目的:軟骨細胞移植の臨床研究に向けて均質で高品質な培養軟骨細胞を短時間に多量に供給可能な培養装置(バイオリアクター)の開発とその最適な培養条件を検討する。研究方法及び結果(1)ウサギ軟骨細胞を大腿骨、頸骨より採取し、SOX9遺伝子発現を指標に単層培養にて細胞増殖能を検討した。増殖した細胞を再びアガロースゲルを使用した3次元培養法にて培養、細胞増殖と基質合成能、SOX9遺伝子発現を調べた。SOX9,Type II collagen, Aggrecan遺伝子の発現をRT-PCRにて定量的に確認した。これら軟骨形質に関わる遺伝子は単層培養では培養早期から低下を示した。単層培養を継代することにより失われた軟骨細胞の形質はSOX9遺伝子の導入のみでは困難であった。又3次元培養に戻しても部分的な回復に止まった。現状の単層培養による細胞増殖では培養期間に限度があることが判明した。(2)機械的刺激下培養条件での軟骨細胞培養 ヒト軟骨細胞様細胞株HCS2/8に3次元下に機械的刺激を加える装置を作成した。細胞をコラーゲン内に3次元培養しこれに変形力を加えて細胞に圧縮と伸張変形を起こすことができた。3次元培養で各種力学的刺激を軟骨細胞に加えることにより軟骨細胞の代謝に変化が起こることを示した。特にII型コラーゲンとアグリカン合成能は条件により大きく影響を受けることが明らかとなった。考案:本研究により単層培養の軟骨細胞増殖に限界があることが確認された。これは遺伝子導入では回復困難であるため、脱分化させない培養条件が必須である。3次元培養下での機械的刺激によって基質合成活性を高め、軟骨細胞形質の維持が可能であることが明らかとなった。今後は装置の最適化と大型化を図る。軟骨細胞単層培養による増殖から、3次元培養、大型バイオリアクターによる形質維持と基質合成により適切な軟骨擬似組織が臨床研究材料として提供できるように更に研究を進める予定である。

目的:軟骨細胞移植の臨床研究に向けて均質で高品質な培養軟骨細胞を短時間に多量に供給可能な培養装置(バイオリアクター)の開発とその最適な培養条件を検討する。研究方法及び結果(1)ウサギ軟骨細胞を大腿骨、頸骨より採取し、SOX9遺伝子発現を指標に単層培養にて細胞増殖能を検討した。増殖した細胞を再びアガロースゲルを使用した3次元培養法にて培養、細胞増殖と基質合成能、SOX9遺伝子発現を調べた。SOX9,Type II collagen, Aggrecan遺伝子の発現をRT-PCRにて定量的に確認した。これら軟骨形質に関わる遺伝子は単層培養では培養早期から低下を示した。単層培養を継代することにより失われた軟骨細胞の形質はSOX9遺伝子の導入のみでは困難であった。又3次元培養に戻しても部分的な回復に止まった。現状の単層培養による細胞増殖では培養期間に限度があることが判明した。(2)機械的刺激下培養条件での軟骨細胞培養 ヒト軟骨細胞様細胞株HCS2/8に3次元下に機械的刺激を加える装置を作成した。細胞をコラーゲン内に3次元培養しこれに変形力を加えて細胞に圧縮と伸張変形を起こすことができた。3次元培養で各種力学的刺激を軟骨細胞に加えることにより軟骨細胞の代謝に変化が起こることを示した。特にII型コラーゲンとアグリカン合成能は条件により大きく影響を受けることが明らかとなった。考案:本研究により単層培養の軟骨細胞増殖に限界があることが確認された。これは遺伝子導入では回復困難であるため、脱分化させない培養条件が必須である。3次元培養下での機械的刺激によって基質合成活性を高め、軟骨細胞形質の維持が可能であることが明らかとなった。今後は装置の最適化と大型化を図る。軟骨細胞単層培養による増殖から、3次元培養、大型バイオリアクターによる形質維持と基質合成により適切な軟骨擬似組織が臨床研究材料として提供できるように更に研究を進める予定である。