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。

我们已经开发了一个“ Bio3D打印机”，该打印机允许将其层状的球体（即细胞的聚集体）层压到任何形式，以单独使用细胞创建三维组织，而无需使用脚手架材料。在这项研究中，我们使用上述技术开发了人类IPS衍生的心肌细胞结构，以建立人造心脏的新替代品。在2022年，我们致力于提高人体心肌结构的脉动能力，并形成PDMS薄膜以稳定心肌细胞结构的形状，并尝试将其植入猪。在创建人体心肌细胞结构的常规方法中，使用3D打印机在施工后的大约两周内减少了脉动功能。为了改善脉动功能，综述了构成心肌细胞结构以及立体定向方法的人IPS衍生的心肌细胞和人心脏来源的成纤维细胞的比例。结果，我能够维持长达两个月的脉动功能。已经发现，心肌细胞结构的形状随培养期的长度而变化，在生物植入过程中兼容而导致问题。因此，我们试图稳定心肌细胞结构的形状。去年，创建了PDMS薄膜以抑制内径的收缩，尽管管腔侧的管的形状稳定，但管子外围的外围形状的变形以及在纵向方向上缩短了管子，无法抑制管子的形状，并且没有稳定细胞结构的形状。今年，我们能够反复测试和测试该设备并成功抑制其纵向收缩。我们还试图植入脉动脉动的心肌细胞管中的小动脉。