【研究分野】化工物性・移動操作・単位操作

【研究領域課題番号】23656485 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膜分離 / 再生医療 / 膜乳化 / 人工赤血球 / ヘモグロビン

【研究成果の概要】

再生医療、特に組織工学分野において、体外での3次元組織構築と組織移植は究極の目標である。このためには培養組織中に十分な酸素を供給する人工赤血球が必要不可欠である。本研究では、膜乳化技術・非侵襲的化学反応技術、動物細胞の培養技術の融合により、粒径が1~5μm付近で粒度分布が狭い、革新的な人工赤血球とその量産技術の開発を行う。本人工赤血球では、(1)サイズ制御によるエンドサイトーシス低減よって、細胞毒性が格段に低減し、(2)ウシ由来ヘモグロビン(Hb)を用いてコスト・材料供給安定性・酸素運搬特性が格段に向上し、(3)スケーラブルな膜乳化法の応用により将来大量生産供給が可能になる。膜工学を軸に分野横断的にブレークスルーを実現し、従来の人工赤血球の問題群を克服することを目標とした。本研究課題では、当初に挙げた各項目をほぼ100%実現した。まず市販Hbがメト化により失活しているため、新鮮なウシ血液からHbを抽出し、SDS-PAGEとUV-vis測定により、メト化率2%以下でHbを抽出した。これを用いて、10wt/v%の超高濃度Hbの膜乳化法を検討した。Hb単独では膜へのファウリングも大きく、また様々な界面活性剤を用いても安定なエマルションが得られなかったが、アルブミン1~20wt/v%と10wt/v%Hbを混合して乳化することによって、粒径が4μmの均一エマルション作製に成功し、その後にグルタルアルデヒド架橋することによって、Hb粒子の大量作製に成功した。酸素解離曲線測定によりP50の値は13mmHg程度となった。抽出Hbの値は19mmHgとなり、6mmHg程度低濃度側にシフトし、これは架橋Hbの既往の報告と良く一致する。さらにHepG2のディッシュ培養下で、MTT assayとLive/Dead染色を行い、Hb溶液に比べて高濃度でも毒性が発現しないことを証明した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】22300161 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工臓器工学 / 再生医工学 / 人工血液 / リポソーム / 輸血代替 / 酸素輸液 / 血液代替物 / 臓器灌流 / 再生医療 / 分子集合体 / ヘモレオロジー / 人工赤血球 / ヘモグロビン

【研究成果の概要】

分子集合体である人工赤血球「ヘモグロビン(Hb)小胞体」の特長は、その物性値を自在に調節できることにある。また新たな機能を粒子に付与することも可能である。本研究では、このテイラーメード人工赤血球を対象とし、輸血では対応のできない医療技術に応用させる。そして、人工赤血球を用いるガスバイオエンジニアリングを確立する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】22246101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

医用化学工学 / マルチスケール血管網配備 / 膵島 / 肝 / 三次元造形 / 人工赤血球 / 肝組織 / 流路ネットワーク / 組織ユニット / 移植 / 再生医療 / 組織工学 / 細胞 / 生物・生体プロセス / 再生医学 / 組織 / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生物・生体工学

【研究成果の概要】

移植用の膵島や肝組織の人工的構築の方法論確立を目標として，細胞の三次元化とマルチスケール物質交換性の確保の視点から，細胞組織体を高密度にランダム充填する小チャンバーと，それらに培養液・血液を均一に分配するマクロ流路構造を持つ担体構造を提案，レーザー焼結積層造形法によって担体を作成した．細胞組織体として肝細胞凝集体を固定化した灌流培養では，長期に安定した高機能を得た．さらに組織構築用に細胞への毒性が少ないヘモグロビンを利用する人工赤血球の開発に成功した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)