On-chip heart construction by 3D cell patterning

通过 3D 细胞图案构建片上心脏

基本信息

批准号：
20H02596
负责人：
田中陽
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02596/
关键词：
心臓 3次元パターニング心筋細胞薬剤試験オルガノイド

项目摘要

臓器や細胞の複雑な構造や機能の再構成は、生物学・医学などの分野のみならず、創薬や再生医療に向けても近年その重要性を増している。だが、従来の研究はデバイス中に2次元的に細胞を並べるだけで、その機能を再現しているとは言い難かった。本研究では心臓を例にとり、心筋細胞がどのようにブリッジや中空の構造を形成しているかも力学的機序を明らかにして微細デバイス内に立体的に配置・制御し、その収縮力によるポンプ機能と自己還流機能を備え、薬剤試験や再生医療に応用しうるオンチップ心臓を作ることを目指す。当該年度は、昨年度までに確立した心筋デバイスの基礎的な機能の検証とその医学応用に向けた実証実験の結果を踏まえ、これを実際に埋め込みデバイス等に用いる際に問題となる電源の問題を解決するため、人の動作で発電が可能な環境発電機の作製について検討を行った。具体的には、人のゆっくりした低周波の動きで発電を可能とするため、水の解離現象を利用し、ガラスの微細流路に水を流すことでイオンの分離を起こし、これによって発電するような小型のデバイスを開発し、数mWレベルの発電や無線通信が可能なことを示した。これは、外部との通信により、埋め込みデバイスの操作や体の状態のフィードバックを得るといった機能を実装することにもつながり、埋め込みデバイスの可能性を大きく拡げたといえる。

近年来，重建器官和细胞的复杂结构和功能变得越来越重要，不仅在生物学和医学等领域，而且在药物发现和再生医学中。但是，很难说，传统的研究只是将细胞二维放置在设备内并复制其功能。这项研究以心脏为例，旨在阐明心肌细胞如何形成桥梁和空心结构的机械机制，并在微型设备中进行3D位置并控制它们，并创建可用于药物测试和再生药物的片上心脏，并通过泵送和自我反复的功能，其摄入效果。在这个财政年度，根据对去年建立的心肌设备的基本功能的验证以及针对医疗应用的演示实验结果的结果，我们讨论了可以通过人类操作产生电力的环境发电机的制造，以便在启动这些设备的情况下，在启动这些设备中使用这些设备，以解决这些设备，从而可以通过启用这些设备，从而使这些设备在启动范围内进行问题，从而可以通过启动这些设备，从而可以通过启用这些设备，从而可以通过这些设备来实现这些问题，从而可以通过启动这些设备，从而构成了这些设备，从而可以通过启动启动，以促进这些设备，从而促进了这些设备，从而使这些设备构成了这些问题。人类，水解离现象用于通过将水流过玻璃的细流路路径来产生离子，从而产生电力，开发了一种小型设备，该设备在几个MW水平上产生电力，并且能够进行无线通信。这也导致实施功能，例如与外部的通信，以获取有关嵌入式设备状态的反馈，从而大大扩展了嵌入式设备的可能性。