【研究分野】人間医工学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K20093 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

物理刺激 / 細胞分化 / 再生医療 / メカノバイオエンジニアリング / 内部応力 / 外部刺激 / 3次元造形 / 物理刺激負荷デバイス / メカニカルストレス

【研究成果の概要】

生体組織は常に物理的な刺激であるメカニカルストレスにさらされている．従来のメカニカルストレス研究は，単に細胞にメカニカルストレスを与えた際の効果のみに焦点が絞られてきた．一方，生体内の細胞は局所環境に応じて，細胞内の力学場を自発的に変化させて，それが高度な生物学的な現象に結びついている可能性あることを本研究では示した．

【研究の社会的意義】

そこで本研究では，細胞内にあらかじめ自発的な力学場（応力）を形成して，外部から連続したメカニカルストレスを負荷することによる細胞応答を調べることを目的とした研究を行った．最終的に自発的に形成された力学場のメカニカルストレスによる時空間応答に及ぼす効果を，生理的な観点から解析し，力学刺激に関する学術の根本を理解するための学術的な基盤の構築を目指した研究を推進した．

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】22246101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

医用化学工学 / マルチスケール血管網配備 / 膵島 / 肝 / 三次元造形 / 人工赤血球 / 肝組織 / 流路ネットワーク / 組織ユニット / 移植 / 再生医療 / 組織工学 / 細胞 / 生物・生体プロセス / 再生医学 / 組織 / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生物・生体工学

【研究成果の概要】

移植用の膵島や肝組織の人工的構築の方法論確立を目標として，細胞の三次元化とマルチスケール物質交換性の確保の視点から，細胞組織体を高密度にランダム充填する小チャンバーと，それらに培養液・血液を均一に分配するマクロ流路構造を持つ担体構造を提案，レーザー焼結積層造形法によって担体を作成した．細胞組織体として肝細胞凝集体を固定化した灌流培養では，長期に安定した高機能を得た．さらに組織構築用に細胞への毒性が少ないヘモグロビンを利用する人工赤血球の開発に成功した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】21650107 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

3次元造形 / 光造形 / 再生骨 / 担体 / 再生医工学 / 人工臓器工学 / 三次元造形 / 再生医療 / 骨

【研究成果の概要】

現在、欧米・日本といった先進国では本格的な高齢化社会を迎え、高齢者の身体的な機能劣化や欠損を補うための治療方法の確立が重要な課題となっている。特に,整形外科領域の骨格系の疾患は、高齢者では寝たきり状態への移行に結びつきやすく、行動制限・ストレスからボケの発症につながり、死に至ることもある。高齢者の骨折,スポーツ外傷,交通事故による外傷,先天性の疾患などの治療を根本的に成功させるためには,移植人工骨内への迅速な血管形成が必須であり,移植人工骨内に予め適切な三次元微細構造の付与を行っておく必要があった.そこで,本研究では,生体内分解性再生骨用材料(リン酸三カルシウム)からなる3次元担体を,内部・外部とも高い精度で直接造形するために,光造形の原理を利用した新たな三次元再生骨用担体の造形手法の開発を行った.光架橋性樹脂とそれに懸濁されたリン酸三カルシウムナノ粒子の光造手法の開発を行い,加熱することで粒子焼結と樹脂の気化消失を試みた.レーザの照射と各層の造形ごとに非造形マテリアルの除去を行うことで,内部空隙構造についても3次元的な造形を実現した.造形精度の計測,造形物の力学的な性質の定量的な評価を行いリン酸三カルシウムによる担体の3次元構造体の造形パラメータを検討した結果,本手法によって作製した再生骨担体の設計・試作が"可能であることがわかった,本研究から,従来の技術で不可能であった担体内部形状の精密造形が可能となったことから,今後,再生骨川担体の最適設計指針の構築に本研究は重要な工学的基盤技術として大きく貢献することが考えられた.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)