成果報告書詳細
管理番号20160000000029
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 革新的な三次元精密細胞配置法による立体造形と小口径血管を有するバイオハートの研究開発」
公開日2016/2/20
報告書年度2014 - 2014
委託先名国立大学法人大阪大学 東レ株式会社 株式会社リコー 公立大学法人横浜市立大学 国立大学法人弘前大学 国立大学法人名古屋大学 協和発酵バイオ株式会社
プロジェクト番号P14028
部署名ロボット・機械システム部
和文要約当該年度では、「三次元精密細胞配置法による立体造形と小口径血管を有するバイオハート」を構築するための基盤技術の開発を達成した。ジェランガム等の沈降阻害剤を用いることで3Dプリントに不可欠な細胞の沈降を阻害するバイオインクの調製に成功した。また、バイオハート構築には3Dプリンタが必要であるが、細胞懸濁液を撹拌可能な3Dプリントヘッドを搭載した3Dプリンタを開発することで、細胞外マトリックス (ECM) をコートした細胞を高精度に吐出することに成功した。バイオハートを構築するために必要な生分解性感熱応答ポリマーからなるゲルを用いて組織を構築し、冷却することで構築した細胞組織を回収することに成功した。一方、細胞表面にLayer by Layer法でコートしたフィブロネクチン-ゼラチン薄膜と結合可能なラミニンを設計し、組換え蛋白質の合成に成功した。
 血液を供給可能な小口径人工血管の構築のため、ポリ乳酸--カプロラクトン共重合体からなるチューブ構造を有する小口径血管分岐モデルの作製に成功した。また、-カプロラクトンの含有率を調整することで、人工血管用材料に求められる柔軟性の制御を達成した。さらに、血管モデルに脈動流を与えるための拍動印加型循環培養システムのプロトタイプ機を開発した。
 構築したバイオハートを非侵襲的に評価可能な基盤技術の開発を達成した。構築した心筋組織の画像解析を行うことで、伸縮と弛緩の拍動周期や細胞変形率等を定量的に評価することに成功した。また、所定の空間部位で拍動の同調状況の相違を明確化することを達成した。さらに、OCT装置による組織断層の観察にも成功した。一方、構築した組織を短期間で超微細構造を含む、構造解析情報をフィードバックできる体制を整備した。
英文要約We developed the fundamental techniques for constructing “bio-heart” which contains small diameter-sized blood vessels by 3D precision positioning method. We achieved the preparation of bio-ink which protects the sedimentation of cells by using gellan gum. This bio-ink is imperative for 3D print. We designed the first prototype 3D inkjet printer system that can place cardiomyocytes in precisely controlled positions and used it for an in vitro construction of artificial cardiac tissue. Using the printer, we have succeeded to deposit cell-containing droplets onto the filter surface coated by nano-meter layer of fibronectin and gelatin in twenty minutes. We succeeded in constructing 3D tissues and recovering them by using biodegradable thermoresponsive polymer. The gel was removed by cooling tissue-contained gel, which is great potential for constructing “bio-heart”. On the other hand, we achieved the preparation of recombinant laminins. They could interact with fibronectin-gelatin nanofilms covering the cell surface. These proteins are essential for constructing “bio-heart”.
We prepared the small diameter-sized blood vessel model, which was composed of poly lactic acid-poly--caprolactone copolymers. We also succeeded in manipulating the flexibility of blood vessel model. This achievement is essential for preparing artificial blood vessel. Furthermore, we developed the prototype of perfusion culture system.
To construct “bio-heart”, non-invasive evaluation techniques are essential, and we developed them. We achieved the quantitative evaluation of beating ratio of cardiac tissues by image analysis. In order to evaluate 3D tissue structures, we used the OCT (Optical Coherence Tomography) technology to obtain cross-section images of the printed tissue. The resulting OCT data revealed cross section images of a solid structure comprised of six layer tissue on the coated filter surface. Furthermore, we consolidated the analysis system which can evaluate ultrafine structures of constructed tissues.
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