Development of a third-generation vascular permeability test device using extracellular matrix

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血管マイクロデバイスは臓器チップ研究の一部門を占め発展を見せている。これまでに開発されてきた臓器チップでの培養技術は3D構造と力学的刺激であり、細胞周囲の間質とのやり取りは考慮されていない。本研究では臓器チップの技術を飛躍的に向上させるために間質を模倣して細胞間隙に存在する細胞外マトリックス成分で構築した構造体を血管細胞の培養容器として開発することを着想した。一方、マイクロデバイスのような複雑な構造を細胞外マトリックス成分で構築するのは現在のところ困難で挑戦的である。高度な加工法を開発し、この新規血管デバイスを用いて、より生体環境に即した血管透過性試験を実現することが本研究の目的である。昨年度までにゼラチンを材料とする培養デバイスの作製を試み、線維芽細胞と共培養することで自発的に毛細血管網を構築させるところまで達成した。今年度は、さらに口腔癌細胞と血管網との共培養を検討し、間質と血管を有するヒト口腔扁平上皮癌のミニチュア3Dモデルを作製した。デバイスで気液界面培養を可能にするため、3つのウェルを並べ、仕切り糸で区切り、仕切り糸を外すとウェルがつながるという新しいデバイス構造を考案した。糸で仕切られた中央のウェルに細胞を播種して多層膜を形成し、糸を外すことで連結するサイドウェルから培地を供給する仕組みとした。このデバイスでヒト口腔扁平上皮癌（HSC-4）細胞、ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）、正常ヒト皮膚線維芽細胞（NHDF）の共培養に成功し、3D癌組織を模した構造体が得られた。この3DがんモデルをX線感受性測定に供し、共焦点顕微鏡および切片走査型電子顕微鏡を用いてDNA損傷を評価した。