Creation of 3D atrial and ventricular fields from human iPS cells by means of nanographene-cardiac ECM scaffold

本年度は研究計画に従って、下記の研究内容を行い実績を得た。１．ヒトiPS細胞を心筋細胞に分化させる度に機能因子として多価不飽和脂肪酸のドコサヘキサエン酸及びアラキドン酸を培養系に添加し、分化心筋細胞クラスター形成の誘発や心室野にシフトする傾向を確認した。有限要素分析法を用いて心筋細胞クラスターの形成が3D再生心組織の拍動力における影響を分析した。２．分化培養するためのプラットフォームをコラーゲンと抽出した心室細胞外基質で構成し、分化培養を行った。また、上記ゲルの機械的強度を調整するためゲニピン架橋を利用または機械的にゲルを圧縮した。力学特性について再生組織の粘弾性特性の影響を注目し、応力弛緩を有するゲルのうち、 中程度の弾性率（25.0ー60.0 [kPa]）を有するゲル上で細胞の生着と細胞体の伸展を促進することが確認できた。また、動的拍動解析方法について、測定梁を片持ち梁と考え、運動方程式やモーメントのつり合いから拍動変位測定によって得られた変位データを用いて、時間ごとの収縮力波形を導出することに成功した。この動的な分析の結果は分化心筋細胞の拍動機能の未成熟と心室細胞外基質の心室筋細胞分化促進に対する有用性を示唆した。３．動的ひずみと電気刺激を印加できるバイオリアクターを改良し、特に柔軟性と弾性を有するナノグラフェン電極を用いることで分化心筋細胞の電気誘導遊走現象を確認され、サブタイプ心筋細胞による心筋組織機能野の構成に寄与した。また、ゲル中に細胞の3D観察と計測を行い、電気刺激により細胞が電場方向と垂直する方向に配向する傾向を発見した。上記の実験結果は来年度に予定している電気刺激が心臓一次領域および二次領域形成に関する検討および心室野と心房野との統合プラットフォームの創出に重要な知見を得られた。

本年度は研究計画に従って、下記の研究内容を行い実績を得た。１．ヒトiPS細胞を心筋細胞に分化させる度に機能因子として多価不飽和脂肪酸のドコサヘキサエン酸及びアラキドン酸を培養系に添加し、分化心筋細胞クラスター形成の誘発や心室野にシフトする傾向を確認した。有限要素分析法を用いて心筋細胞クラスターの形成が3D再生心組織の拍動力における影響を分析した。２．分化培養するためのプラットフォームをコラーゲンと抽出した心室細胞外基質で構成し、分化培養を行った。また、上記ゲルの機械的強度を調整するためゲニピン架橋を利用または機械的にゲルを圧縮した。力学特性について再生組織の粘弾性特性の影響を注目し、応力弛緩を有するゲルのうち、 中程度の弾性率（25.0ー60.0 [kPa]）を有するゲル上で細胞の生着と細胞体の伸展を促進することが確認できた。また、動的拍動解析方法について、測定梁を片持ち梁と考え、運動方程式やモーメントのつり合いから拍動変位測定によって得られた変位データを用いて、時間ごとの収縮力波形を導出することに成功した。この動的な分析の結果は分化心筋細胞の拍動機能の未成熟と心室細胞外基質の心室筋細胞分化促進に対する有用性を示唆した。３．動的ひずみと電気刺激を印加できるバイオリアクターを改良し、特に柔軟性と弾性を有するナノグラフェン電極を用いることで分化心筋細胞の電気誘導遊走現象を確認され、サブタイプ心筋細胞による心筋組織機能野の構成に寄与した。また、ゲル中に細胞の3D観察と計測を行い、電気刺激により細胞が電場方向と垂直する方向に配向する傾向を発見した。上記の実験結果は来年度に予定している電気刺激が心臓一次領域および二次領域形成に関する検討および心室野と心房野との統合プラットフォームの創出に重要な知見を得られた。