Novel 3D cell culture systems using cellulose nanofibers with concentrated polymer brushes

使用纤维素纳米纤维和浓缩聚合物刷的新型 3D 细胞培养系统

• 批准号: 22H02133
• 负责人: 吉川 千晶
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02133/
• 关键词: セルロースナノファイバー; 濃厚ポリマーブラシ; 自己組織化; 三次元培養; 間葉系幹細胞

研究代表者が独自に開発してきた濃厚ポリマーブラシ被覆セルロースナノファイバー(CNF-CPB)は、種々の細胞と自己組織化することがわかっている。これは、CNF-CPBを細胞と混ぜるだけで、自己組織的に生体組織を再生できる可能性を示唆する。この事実に立脚し、本研究では「CNF-CPBと細胞との自己組織化メカニズム」をコロイドのフロキュレーションの観点から検証するとともに、高次構造と生体機能の相関を明らかにし、これを三次元培養法として確立することを目指している。令和4年度は、表面電荷や繊維長の異なるCNF-CPBと一般的なセルラインとの自己組織化、CNF-CPBと間葉系幹細胞(hMSC)を用いた軟骨再生の研究を実施した。まず、電荷の異なる4種類の濃厚ポリマーブラシをCNFにグラフトし、ポリマーブラシの電荷が自己組織化体（フロック）のサイズや細胞機能に影響を与えることを確認した。また、繊維濃度が低くなるほど、培養時間が長くなるほど、フロックサイズが大きくなることが示された。次に、繊維長の異なるCNFを用いて同様の実験を行ったところ、繊維長もフロックサイズや細胞機能を制御する上で重要であることが明らかとなった。さらに、hMSCを用いた軟骨再生についても検討した。まず、CNFにアニオン性の濃厚ポリマーブラシを付与した。得られたCNF-CPBをhMSCと共培養したところ、hMSCは一般的なセルラインと同様に、繊維濃度や培養時間に依存して、サイズの異なるフロックを形成することが確認できた。次に、軟骨分化培地に変えて、同様の実験を行ったところ、繊維濃度に依存して、マクロスケールで「単一」の構造体（シートまたは球状）に自己組織化することがわかった。さらに、遺伝子解析や免疫染色により、CNF-CPBを用いた三次元培養は、細胞だけを用いたスフェロイド培養に比べて、軟骨分化を飛躍的に促進することが明らかとなった。

The research representatives independently developed the concept of cell self-organization by CNF-CPB. The possibility of regeneration of CNF-CPB cells and their own tissues was demonstrated. This study aims to clarify the relationship between CNF-CPB and cell self-organization, and establish the relationship between high-order structure and biological function. In 2004, CNF-CPB was used to study cartilage regeneration in vitro using mesenchymal stem cells (hMSC). 4 kinds of different charge concentration in CNF, the charge concentration in CNF and the effect on cell function The concentration of vitamin C is low, the incubation time is long, and the concentration of vitamin C is high. The CNF is used in the same way as the CNF in order to control cell function. Today, hMSC is used for cartilage regeneration. CNF is a very sensitive and sensitive tool. The results of CNF-CPB co-culture confirm that hMSC is generally independent of the concentration and culture time. In addition, cartilage differentiation culture is characterized by self-organization of structures (spheroids) that are dependent on the concentration of vitamin C. In addition, gene analysis, immunostaining, CNF-CPB and three-dimensional culture of cells, cell culture, and cartilage differentiation were promoted.

项目成果

Concentrated polymer brush-modified cellulose nanofibers promote chondrogenic differentiation of human mesenchymal stem cells by controlling self-assembly

浓缩聚合物刷修饰纤维素纳米纤维通过控制自组装促进人间充质干细胞成软骨分化

• DOI: 10.1039/d1tb02307a
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Materials Chemistry B
• 影响因子: 7
• 作者: Nonsuwan Punnida;Nishijima Nanami;Sakakibara Keita;Nakaji-Hirabayashi Tadashi;Yoshikawa Chiaki
• 通讯作者: Yoshikawa Chiaki

Cellular Flocculation Driven by Concentrated Polymer Brush-Modified Cellulose Nanofibers with Different Surface Charges

• DOI: 10.1021/acs.biomac.2c00294
• 发表时间: 2022-07-19
• 期刊: BIOMACROMOLECULES
• 影响因子: 6.2
• 作者: Yoshikawa，Chiaki;Sakakibara，Keita;Matsumura，Kazuaki
• 通讯作者: Matsumura，Kazuaki

Marine Antifouling Coatings Based on Durable Bottlebrush Polymers

基于耐用刷子聚合物的海洋防污涂料

• DOI: 10.1021/acsami.2c06647
• 发表时间: 2022
• 期刊: ACS Applied Materials & Interfaces
• 作者: Yoshikawa Chiaki;Takagi Ryoma;Nakaji-Hirabayashi Tadashi;Ochi Toshiro;Kawamura Yasushi;Thissen Helmut
• 通讯作者: Thissen Helmut