医工学的再構築心筋組織の作成およびナノオーダー機能評価

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心筋細胞移植や心筋組織移植による再生医療において、分子レベルでの機能を組織・臓器レベルで評価することが重要である。本研究では大型放射光施設SPring-8を用いたX線回折像によりアクチン・ミオシン分子動態をマクロモレキュール的に解析し、分子から臓器へと情報統合していく事を目標とする。実験ではラット新生児培養心筋細胞を用いてコラーゲンジェル(Type I)に包埋し、機械的進展及び薬剤刺激を加えたEngineered Cardiac Tissueのクロスブリッジ・ナノ機能評価を試みた。コラーゲンとトリプシン処理された心筋細胞を混和し、自作のシリコン製培養容器に流し込み37℃、5%二酸化炭素下で1週間培養した。その後、対照群、Angiotensin II(100nmol/L)及びNorepinephrin(10μmol/L)投与群に分け、周期1Hz、進展率10%にて機械的進展を1週間行った。また、温度感応性培養基質(IPPAM)を用いた積層心筋細胞シートを作成し、これについても検討した。X線の波長は0.083nmでエネルギーは15keVで実験を行った。昨年度にX線回折像が観察出来なかったコラーゲン包埋心筋組織及びIPPAM積層心筋細胞シートにおいて、伸展刺激の負荷による筋節構造および六角格子構造の発達を図ったが、明瞭なX線回折像を得るには至らず、より整合性の取れたアクチン・ミオシンマクロモレキュールの構築を計る必要性が示された。過度な伸展刺激などの負荷は、Angiotensinなどの刺激と同様、NF-ATを介した病的な心筋肥大を引き起こすとされており、マクロモレキュールへの影響についてナノレベルの研究をさらに進める必要がある。心筋の再生医療の実現には、十分な収縮能を持つ心筋細胞、心筋組織の確保が重要であり、コラーゲン包埋心筋組織およびIPPAM積層心筋細胞シートなどの環境因子を整えて生体内で十分発達させることを試みる。また、心筋細胞の増幅については、我々の研究グループにおいて効率的な心筋細胞不死化増幅法を確立し、今後本研究課題と併せ心筋の再生医療の実現に向け、研究を進めつつある。