成果報告書詳細
管理番号20150000000851
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臓器作製技術の研究開発 組織工学を用いたヒト心臓壁立体造形技術の開発」
公開日2016/3/1
報告書年度2014 - 2014
委託先名国立大学法人京都大学 旭硝子株式会社 iHeart Japan株式会社
プロジェクト番号P14028
部署名ロボット・機械システム部
和文要約本テーマの目的は、ヒト細胞を用いた心臓再生幹細胞生物学と組織工学を合体融合させることにより、高い生物機能と十分な厚みをもつ移植部分臓器としての心筋組織の立体造形技術を研究開発することである。本目的を達成するため、平成26年度は、(1)立体造形ヒト心臓壁の作製と評価、(2)心臓疾患動物を用いた立体造形ヒト心臓壁の有効性評価と機能評価技術の開発、および(3)立体造形ヒト心臓壁の事業化へ向けた検討についての研究開発を実施した。
1 立体造形ヒト心臓壁の作製と評価では、3つの検討を行った。まず、1)複数種の細胞からなる混合ヒト細胞シートの作製を行った。ヒトiPS細胞から心筋、内皮、および壁細胞を同時に分化誘導しシート化する方法を開発した。さらに、それぞれの細胞を純化、混合しシート化する方法についても開発した。この方法により、さまざまな細胞混合比をもつ細胞シートを作製することが可能となった。細胞混合比がシートの生物学および物理学的性質に与える効果について把握することができた。次に、2)5-15枚の混合ヒト細胞シートを用いた積層化混合ヒト細胞シートの作製を行った。上記で作製した混合ヒト細胞シート間に生体吸収性ハイドロゲル粒子であるゼラチンハイドロゲルマイクロスフェアを挿入し、シートの積層化を行った。混合ヒト細胞シート15枚を積層化した構造が作製できた。得られた積層化混合ヒト細胞シートは、培養後1週間においても細胞群の生存が問題なく保たれていることを確認した。さらに、3)積層化混合ヒト細胞シートの積層化による肥厚化ヒト心筋組織の作製に必要となるフッ素系高分子等からなる極細中空糸成形技術の開発を開始した。高酸素透過性フッ素樹脂、溶質膨潤系フッ素樹脂、および多孔質フッ素樹脂の3種類のフッ素系高分子について、その中空糸形成のための装置導入と技術開発を実施した。
2 心臓疾患動物を用いた立体造形ヒト心臓壁の有効性評価と機能評価技術の開発では、混合ヒト細胞シートあるいは積層化混合ヒト細胞シートの移植実験の使用に適した心臓疾患動物モデルの作製を試みた。それぞれの実験動物に対して、最適な心臓疾患モデルの作製法と治療効果の評価法の確立を試みた。混合ヒト細胞シートの移植後の生存性と心機能改善を作製した動物実験モデルで確認した。
3 立体造形ヒト心臓壁の事業化へ向けた検討においては、安全性および品質の面から臨床に使用可能な積層化混合ヒト細胞シートを作製するために必要な原材料を検討し、リストアップするとともに,より優れた安全性プロファイルをもつ原材料への切り替え可能性評価試験を開始した。
英文要約The objective of this research project is to research and develop 3-dimensional (3D) fabrication technology of human heart wall as a partial myocardial organ implantable with high biological functions and therapeutically acceptable thickness. This 3D fabrication is practically realized by fusing technologies of human stem cell biology for heart regeneration and tissue engineering. To achieve the objective, the following studies were carried out in the semester of 2014; (i) the design and creation of human heart walls by the 3D fabrication technology, (ii) the evaluation of human heart walls prepared by the 3D fabrication technology with the animal models of heart disease, and (iii) the preparation for the commercialization of heart wall prepared by the 3D fabrication technology.
In the study (i), three researches were performed. First, two methods were developed to prepare the mixed cell sheet, which is composed of three types of cardiovascular cell populations (myocardial, endothelial, and vascular mural cells) differentiated from human induced pluripotent stem (iPS) cells. In one method, the sheet was prepared from three cell populations simultaneously differentiated. In the other method, the sheet was prepared by mixing three populations of cells individually differentiated. In this method, the sheet with various compositions of cells could be prepared. The effect of cell compositions in the mixed cell sheet on the biological and physical properties was evaluated. Second, the mixed cell sheets were layered to prepare a layered construct of cell sheets while gelatin hydrogel microspheres were inserted between the two cell sheets. The layered construct of 15 mixed cell sheets inserted with the microspheres showed a good viability of cells at least for more than 1 week. Third, the layered constructs of cell sheets were further layered to obtain a multiple layered construct of cell sheets. To improve the cell viability and functions of multiple layered construct of cell sheets obtained, ultrafine hollow fibers from fluorinated polymers were formulated and their combination with the multiple layered construct was evaluated.
In the study (ii), heart disease models in various animals were designed while the methods to evaluate the therapeutic efficacy of cell sheet constructs were prepared. The therapeutic efficacy of mixed cell sheets after transplantation was evaluated with an acute myocardial infarction model of rats.
In the study (iii), materials necessary to prepare the cell sheet constructs of clinical grade were listed from the viewpoint of the possibility and feasibility for clinical use and the safety and quality. The alternative materials were also selected to aim at the improvement of product safety profile.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る