成果報告書詳細
管理番号20110000001455
タイトル平成18年度~平成21年度成果報告書 「再生医療評価研究開発事業/心筋再生治療研究開発」
公開日2011/11/23
報告書年度2006 - 2009
委託先名株式会社セルシード 国立大学法人大阪大学医学部付属病院 学校法人東京女子医科大学
プロジェクト番号P06044
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約 次世代の再生医療として組織工学的な手法により三次元的な心筋組織(バイオ心筋)を作製することを目的とし、課題となるより厚く機能的なバイオ心筋を作製するためには、いかに血管新生を促進し生体と同様な豊富な血管網を組織内に再構築するかを目標に検討を実施した。
 細胞源・増殖因子の探索では、従来の方法ですでに臨床応用している筋芽細胞において、細胞制御技術、および、安全性評価技術を確立したことで、事業化に向けた道筋が大きく進んだものと考える。一方、間葉系幹細胞については、心筋への分化の可能性を踏まえつつ、筋芽細胞に足して使用することで非常に大きなポテンシャルをもった方法として臨床応用できる可能性が示唆された。
 最終目標である、血管網を有する厚い組織の構築については、本研究期間でin vivo、in vitro両方で行なわれ、in vitroのでは1週間以上組織を維持培養できるような血管床の技術を得ることができ、毛細血管が導入された三次元組織が得られることが確認できた。一方、in vivoでは、大網を使って血流をフィーディングすることによって、目標値である厚さ5 mm以上の組織を構築ということが可能となった。心機能の改善も、30%ぐらいのEFを60%ぐらいまで回復することが確認され、十分なポテンシャルが得られた。
 評価技術については、バイオ心筋の立体的評価、それから、細胞流動性を指標としたバイオ心筋の機能評価技術を開発し、その血管ネットワークを有する疑似組織体の解析、それから、薬剤スクリーニングなどへの応用を含めた展開が期待できる。
 さらに、細胞シート積層化工程をより緻密かつ安定に実施することができる温度応答性培養容器の開発や、小型自動積層化装置の開発を行い、バイオ心筋作製の工程確立に向けた検討を行った。
 筋芽細胞で始まった治療が、本プロジェクトを経て、間葉系幹細胞との組み合わせ、もしくは、大網を利用しての治療として次の世代でさらにポテンシャルを強くしていくと考えられ、最終的にはES/iPS細胞というものも加わってまた新たな細胞治療が展開できるので技術が確立できたと考察する。一方、この臨床の基礎を支える基盤技術として、in vitroでの組織構築技術の確立、分化誘導、細胞制御、安全性評価、機能評価という技術がこのプロジェクトの中で完成しており、これらは心筋治療のみならず色々な分野でも応用可能と考えられる。
英文要約 The objective of this project is to establish a systematically managed manufacturing process in the fabrication of thick three-dimensional myocardial tissues for cardiac regenerative medicine (bio-myocardium). However, in the fabrication of bio-myocardium, hypoxia, nutrient insufficiency and waste accumulation limit the final size of functional tissues. A strategy for overcoming these limitations was to reconstruct abundant vascular networks within bio-myocardium.
We focused on the three cell sources (myoblasts, skeletal muscle-derived stem cells and mesenchymal stem cells) for bio-myocardium, and optimized methods for isolation and differentiation, and evaluations were carried out. And a additional improved application using both myoblast and mesenchymal stem cells (MSC) was found in this study.
We also developed the perfusion bioreactor systems equipped with 24h real-time monitoring system for engineered vascular beds as scaffold to create vasculature within bio-myocardium in vitro. We attempted to optimize some culture parameters such as pH, oxygen concentration and fluid pressure, and we established several procedures for characterizing fabricated bio-myocardium in which has capillary blood vessels.
For development of in vivo implantation methods, a novel approach using omentral graft was investigted. We tried the implantation of myoblast cell sheets mixed with MSC, we obtained fabricated bio-myocardium tissue which has 5 mm thickness. The ejection fraction (EF) was also improved from around 30% to 60%.
For evaluating quality of products, verification of cell purity, measurement of cytokine secretion and assessment of mechanical properties were performed. To insure safety for clinical studies, a high-sensitive detection method of xenogenic serum components and an efficient washing protocol for bio-myocardium was established.
Furthermore temperature-responsive culture dishes and cell sheet manipulation devises were developed to specialize in the compact cell sheet layering machine, resulted in sophisticating the cell sheet layering accuracy.
Based on these achievements, we will develop integrated manufacturing system of bio-myocardiums for clinical use, and the preparation of clinical trials will be tried.
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