ゲル材料による細胞機能制御技術の確立

利用凝胶材料建立细胞功能控制技术

基本信息

批准号：
19659503
负责人：
松本卓也
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

平成19年度に構築したカスタムメードのデバイスを利用することで、三次元ゲル内での細胞配置、配向制御に成功した。このシステムを用いて、骨芽細胞の長期培養を行った。その結果、三次元的に一軸に配列した細胞のパターニングだけでなく、一列に並んだ基質、さらには一列に並んだ石灰化基質の作製に成功した。この基質、石灰化基質のパターニングはゲルを構成する内部細繊維の構造に依存しており、さらに、ゲルの伸展割合を変えることで、石灰化基質の産生時期を制御できることがわかった。また、このコントロールともいえる、「伸展を加えていない骨芽細胞を含有したゲル」の長期浮遊培養の結果、ゲルは培養期間にともない形状変化を示し、また、石灰化が誘導され、結果的に球状の有機、無機複合体を形成した。この細胞含有ゲルの化学組成は培養期間に依存して変化し、また、沈着石灰化物はハイドロキシアパタイトであることが明らかとなった。さらに、この有機、無機複合体を生体内に埋入したところ、高い生体親和性と骨接合性を示した。上記のように、本研究では、ハイドロゲル材料の物理化学的特性、また特殊デバイスを利用した細胞機能制御を試み、三次元ゲル内での細胞配置、配向、機能の制御を達成した。また、細胞が産生する基質、無機基質を利用した、新しい生体擬似的材料の新規合成方法を示した。発生段階を含め、生体内はゲル様性質を多大に有していることから、本研究を通じて開発された技術やツールは、新しい細胞、組織操作方法として、今後の再生医療、あるいは組織発生研究に重要な役割をもつことが期待できる。

通过使用 2007 年建造的定制设备，我们成功地控制了三维凝胶内的细胞放置和方向。使用该系统，我们对成骨细胞进行了长期培养。结果，他们不仅成功地形成了在单轴上三维排列的细胞图案，而且还成功地创建了它们排列在单行中的矩阵，甚至创建了它们排列在单行中的钙化矩阵。这种基质（钙化基质）的图案取决于构成凝胶的内部原纤维的结构，并且还发现可以通过改变凝胶的拉伸速率来控制钙化基质的产生时间。此外，作为对照的“含有未拉伸的成骨细胞的凝胶”的长期悬浮培养结果，凝胶随着培养时间出现形状变化，并诱导矿化，产生形成球形有机-无机复合物。该含细胞凝胶的化学成分根据培养时间而变化，发现沉积的钙化物是羟基磷灰石。此外，当这种有机-无机复合材料植入活体时，表现出较高的生物相容性和骨整合性。如上所述，在本研究中，我们试图利用特殊装置来控制水凝胶材料的理化性质和细胞功能，并实现了对三维凝胶内细胞放置、方向和功能的控制。我们还展示了一种利用细胞产生的基质和无机基质合成新型仿生材料的新方法。由于身体（包括发育阶段）具有许多类似凝胶的特性，因此通过这项研究开发的技术和工具将可作为未来再生医学和组织发育研究的新细胞和组织操作方法。它将发挥重要作用。