人工的組織に血管を作製‐創薬や再生医療に応用も

 産業技術総合研究所細胞分子工学研究部門の研究グループは、実際の臓器と似た構造の血管を持つ組織を人工的に作る技術を開発した。送液ポンプと接続できる組織培養デバイスの中で、組織や血管のもとになる細胞とコラーゲンを混ぜ合わせて培養し、人工的組織に大きな血管と枝分かれする毛細血管を作製する技術。血管を通じて培養液を流すことで、酸素や栄養を供給して大きな組織を維持したり、試験の対象である薬剤を流し入れたりすることができ、創薬や再生医療への応用が期待されている。

 産総研は、幹細胞などの研究や培養デバイスの加工技術を応用し、新しい機能を持った細胞の作製や3次元組織の開発、培養デバイスや医療機器の開発と応用を目指した研究開発を進めてきた。

 今回、これまでの研究開発で培った技術を活用して血管作製技術の開発に着手。

 独自に開発した組織培養デバイスを用いて、3次元組織に実際の臓器と同じような主血管と毛細血管を作る方法を開発した。

 臓器の機能を担う実質細胞、血管のもとになる血管内皮細胞、血管の形成を助ける間葉系幹細胞を培養皿で増やした後、コラーゲンと混ぜて培養デバイスに流し込んで3次元組織を作った。

 3次元組織に予め埋め込んでおいたニードルを引き抜いてトンネルを作り、培養デバイスの流路から血管内皮細胞を流し込み、そのまま2時間程度培養することで、トンネルの壁を覆うように血管内皮細胞を接着させて主血管とした。

 その後、培養デバイスに培養液を流しながら培養することで、主血管の周りの血管内皮細胞の活動を促進して毛細血管を作らせた。培養液からの酸素、栄養の供給や流れから受ける刺激によって、血管内皮細胞が活性化されるものと考えられた。

 こうして作製した3次元組織は、培養デバイスで培養液を流しながら1週間程度維持することが分かった。

 培養液を流しながら培養した3次元組織を顕微鏡で観察すると、主血管から毛細血管が枝分かれしている様子が観察できた。また、実質細胞として肝臓由来細胞を使うことにより、組織で肝臓の機能を示す蛋白質の発現や薬剤の代謝を計測できた。

 同技術は、細胞の種類やデバイスの形を変えることで肝臓だけでなく膵臓や脳などの様々な臓器の一部を模した組織や、膵癌、脳腫瘍などを作ることができることから、医薬品開発、抗癌剤の評価に利用できることが考えられた。iPS細胞を用いることで、再生医療における移植組織の作製への活用も期待できるとしている。

 研究グループは今後、より大きな組織(臓器)の作製や癌モデルでの抗癌剤の評価などに取り組むほか、iPS細胞由来の細胞を用いた組織の大量生産、高機能化や様々な種類の細胞を材料に、脳や膵臓、小腸などの作製を目指すとしている。

 培養デバイスの改良も進め、安定的に長期間の組織培養を行うため、主血管を支えるステントを設けたり、デバイスの大きさや形状を変化させ、様々な形の3次元組織の構築も目指す。

2020年 6月 10日
薬事日報より

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