成果報告書詳細
管理番号20150000000593
タイトル平成26年度成果報告書 「立体造形による機能的な生体組織製造技術の開発 細胞を用いた機能的な立体組織および立体臓器作製技術の研究開発 高機能足場素材とバイオ3Dプリンタを用いた再生組織・臓器の製造技術の開発」(国立大学法人東京大学)
公開日2015/7/17
報告書年度2014 - 2014
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P14028
部署名ロボット・機械システム部
和文要約a)再生骨作製技術
 足場素材仕様の検討において、in vitroにおけるRCPを用いて体外にて増殖培養した骨髄間葉系幹細胞(MSC)を投与し、素材と細胞との親和性、増殖、活性、細胞分化、成熟度を評価した。実験動物モデルの作製において、再生骨(高機能足場素材+細胞)の適応に関して、まず、ラット頭蓋骨欠損モデルを作製し、解剖学的、組織学的に評価をおこなった。足場素材と成長因子の相互作用検討に関して、in vitroにおいて、MSCを活性化するFGF-2を培地に添加し、経時的な徐放量の検討をおこない、適正な成長因子量を決定した。また、これにより体外にて増殖させたMSCを足場素材に搭載し、in vitroでの組織成熟度を評価した。最後に、移植による効果を検討した。
b)再生軟骨作製技術
 足場素材仕様の検討に関して、RCPに、生体外にて増殖培養した骨髄由来間葉系幹細胞(MSC)を播種し、増殖能、分化能等を解析し、播種方法の最適化を図り、MSCのRCP内での組織培養の至適条件を決定した。この結果を基に、足場素材にin vitroにて増殖・培養したMSCを投与することにより再生組織を作製し、各組織への速やかな分化や自己同化を評価した。また、実験動物モデルの作製において、ラット、ブタ左脛骨関節軟骨欠損モデルを作製し、解剖学的、組織学的に評価をおこなった。足場素材と成長因子の相互作用検討に関して、in vitroにおいて、MSCを活性化するFGF-2を培地に添加し、経時的な徐放量の検討をおこない、適正な成長因子量を決定した。また、これにより体外にて増殖させたMSCを足場素材に搭載し、in vitroでの組織成熟度を評価した。最後に、移植による効果を検討した。
c)創傷被覆組織作製技術
 創傷被覆組織作製技術の研究開発については、ヒト表皮角化細胞、ヒト脂肪幹細胞などの利用する細胞を組織サンプルから採取、分離して、培養増殖させる技術の獲得、開発を目指し、血管内皮細胞を除いては、その目的を完遂することができた。また前臨床研究で使用する疾患モデルの開発として、I型糖尿病を持つSCIDマウスなど数種類の自己免疫不全および一般動物のモデルの開発を行った。
d)再生膝関節作製技術
 実験動物モデルの作製に関して、各種動物(ラット、ビーグル、ミニブタ)の脛骨に骨軟骨複合欠損を作製した。術後、肉眼的、解剖学的、組織学的に評価をおこなった。また、骨・軟骨用足場素材の複合化の検討として、材料開発担当のオリンパス・テルモ、富士フイルムの技術陣との密な情報交換とディスカッションで、材料の試作検討を行った。
e)細胞評価技術
 ライブイメージングによる再生組織内の細胞状態の経時的追跡と定量的解析技術の開発においては、骨芽細胞と軟骨細胞において各一種の分化追跡イメージングシステムを開発した。再生組織内の特定の細胞集団に対する遺伝子発現・エピゲノム解析用プラットフォームの開発においては、骨芽細胞と軟骨細胞において、転写因子の結合領域・エピゲノム・遺伝子発現に関するゲノムワイドデータの収集と解析が完了した。さらに、軟骨細胞においては、特徴的な遺伝子発現状態とエピゲノム状態を反映する遺伝子領域の候補として50箇所程度の選定に着手した。
英文要約a) Research and development of regenerative bone technology
To determine specification of the scaffold, we evaluated the affinity of the scaffold and cells such as cell proliferation, differentiation, activation and maturity when bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) expanded on the RCP in vitro. For the development of animal experimental model, we were prepared rat cranial bone defects model with respect to application the cells including high functional scaffold (tissue engineered bone), and analyzed anatomically and histologically.
The scaffold-growth factor interaction in vitro, we determined optimal dose of growth factor in culture medium when FGF-2 to active MSCs was added in culture medium, and examined changes of sustained release dose over time. Based on this result, MSCs expanded in vitro were seeded on a RCP, and were evaluated in the tissue maturity. Finally, we verified the effect of tissue engineered bone, which were transplanted into a rat cranial defect models.
b) Research and development of regenerative cartilage -development of regenerative cartilage-
To determine specification of the scaffold, we evaluated the affinity of the scaffold and cells such as cell proliferation, differentiation, activation and maturity when bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) expanded on the RCP in vitro. Based on this result, we evaluated whether MSCs/RCP complex that was produced in vitro was rapid differentiation and self-assimilation into the cartilage. For the development of animal experimental model, we were prepared rat and porcine articular cartilage defect models, and analyzed anatomically and histologically. The scaffold-growth factor interaction in vitro, we determined optimal dose of growth factor in culture medium when FGF-2 to active MSCs was added in culture medium, and examined changes of sustained release dose over time. Based on this result, MSCs expanded in vitro were seeded on a RCP, and were evaluated in the tissue maturity. Finally, we verified the effect of tissue engineered bone, which were transplanted into a rat cranial defect models.
c) Research and development of wound dressing tissue technology
Development of wound dressing tissue technology: We tried to establish methodologies for isolation from tissue and expansion culture of human cells. The purpose was accomplish for human epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts and adipose stem cells. In addition, pathological animal models for in vivo wound healing experiments were established such as SCID mice with type I diabetes.
d) Research and development of regenerative joint
For the development of animal experimental model, we prepared tibial osteochondral bone defect in several animals such rat, beagle and porcine, and analyzed anatomically and histologically. Furthermore, for development of composite of bone and cartilage scaffold, we are preparing the prototype whose are in close consultations with developers of FUJIFILM or OTB.
e) Development of cell evaluation technology
For the development of live-imaging-based tracking systems and quantitative analyses of cell status in regenerating tissues, two differentiation-tracking imaging systems were developed each for osteoblasts and chondrocytes. For the development of the analytic platform for gene expression and epigenome, genome-wide data of transcription factor-binding sites, epigenome, and gene expression were analyzed in osteoblasts and chondrocytes. We further set out to choose 50 candidates for regions that reflect chondrocyte-specific signatures of gene expression and epigenome states.
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