補助人工心臓となりうる外科的に移植可能な三次元心筋細胞構造体の開発

开发可手术植入的三维心肌细胞结构，可作为辅助人造心脏

基本信息

批准号：
21H03014
负责人：
中山功一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03014/
关键词：
心臓再生医療血管網構築心筋バイオ３Dプリンタ

项目摘要

我々は細胞の凝集体であるスフェロイドを任意の形態に積層することで、足場材料を使用せずに、細胞のみで3次元組織を作製出来る「バイオ3Dプリンタ」を開発してきた。本研究では上記の技術を用いて、人工心臓に代わる新しい治療法を確立する為にヒトiPS由来心筋細胞構造体の作製に取り組んだ。令和4年度は、ヒト心筋構造体の拍動能力の向上、および心筋細胞構造体の形状を安定化のためのPDMS薄膜の形成に取り組みブタへの移植を試みた。従来のヒト心筋細胞構造体の作成方法では、３Dプリンタで構築してから2週間程度で拍動機能が低下する。拍動機能の向上のため、心筋細胞構造体を構成するヒトiPS由来心筋細胞、ヒト心臓由来線維芽細胞の比率、および立体化方法についての見直しを行った。その結果、拍動機能を2ヶ月程度まで保つことに成功した。心筋細胞構造体は培養期間の長さに伴って形状が変化することがわかっており、生体移植の際の適合性の面で問題となる。このため、心筋細胞構造体の形状の安定化を試みた。昨年度は内径の収縮抑制にPDMS薄膜を作成しチューブの内腔側の形状については安定化できたものの、チューブ外周部の変形、およびチューブの長軸方向の短縮については抑制できず、細胞構造体の形状の安定化には至らなかった。今年度はデバイスの試作とテストを繰り返し長軸方向への収縮を抑制することに成功した。また、ミニブタの内径動脈に拍動する心筋細胞チューブの移植を試みた。

我们开发了一种“生物 3D 打印机”，可以仅使用细胞来创建 3D 组织，无需使用支架材料，通过将球体（细胞聚集体）堆叠成任意形状。在本研究中，我们利用上述技术创建了人类 iPS 衍生的心肌细胞构建体，以建立一种替代人工心脏的新治疗方法。 2020年，我们致力于提高人体心肌构建体的搏动能力，并形成PDMS薄膜以稳定心肌细胞构建体的形状，并尝试将其移植到猪体内。使用传统方法创建人类心肌细胞结构时，其脉动功能在使用 3D 打印机构建后约两周就会恶化。为了改善搏动功能，我们回顾了构成心肌细胞构建体的人iPS来源的心肌细胞和人心脏来源的成纤维细胞的比例以及三维方法。结果，他们成功地将搏动功能保留了大约两个月。众所周知，心肌细胞结构的形状随着培养时间的长短而变化，这在活体移植期间的相容性方面提出了问题。因此，我们试图稳定心肌细胞结构的形状。去年，我们制作了抑制内径收缩的PDMS薄膜，虽然能够稳定管内腔侧的形状，但无法抑制管外周的变形以及管在纵向上的缩短，导致形成单元结构，但这并没有导致形状的稳定。今年，我们反复制造和测试该装置，成功抑制了纵向收缩。我们还尝试将脉动心肌细胞管移植到小型猪的内径动脉中。