再生医工学分野 専攻学科のページへ戻る ｜概要｜スタッフ｜研究活動｜ ｜研究可能テーマ｜大学院在校生の声｜ 概要 　重篤な疾患の治療法として移植医療があるが、ドナー不足の問題、また仮に移植できたとしても免疫抑制剤と副作用の問題が依然として残されている。これらの問題を解決するものとして、再生医学、組織工学が未来の医療として注目されている。組織工学は、1993年に米国の工学者であるLangerおよび外科医であるVacantiらにより提唱された。彼らは生分解性の高分子を足場とし、そこに細胞を導入し、増殖因子存在下で３次元組織構造を再生できることを示した。今後このような組織工学に加え、幹細胞生物学の発展が同期して、再生医学という分野を確立していくと思われる。再生医学は、医学のみ、工学のみでは決して成し得ない学際的な学問である。再生医工学分野は、医学、理工学、生物学との融合によって新規概念、新手法を生み出し、未来の医療へ取り組むものである。 スタッフ 　教授 　岡野光夫 　教授 　大和雅之 　 　准教授 　清水達也 　助教 　原口裕次 　 　助教 　常徳華 　助教 　笹川忠         　助教 　青木信奈子     　 研究活動 １．細胞シート工学 　我々は組織を再構築するための一つのアプローチとして「細胞シート工学」を提唱している。すなわち、我々ヒトをはじめとした動物の組織・臓器の基本構成要素を、ひとつひとつバラバラの「細胞」ではなく、細胞-細胞間および細胞-細胞外マトリックス間が連結した「細胞シート」としてとらえることで、生体内の組織構造を模倣した三次元構造の再構築を追究するものである。基本単位となる「細胞シート」を作製するために、我々は温度によって培養皿表面の性質（親水性・疎水性）を変化させるインテリジェント培養皿「温度応答性培養皿」を開発した。従来の細胞回収法であるトリプシンなどのタンパク質分解酵素では細胞-細胞間、細胞-細胞外マトリックス間のタンパク質は分解し、細胞はひとつひとつばらばらになり、シートとして回収することができない。しかし、温度応答性培養皿を用いることで、これらの細胞間接着を維持したまま、種々の細胞のシートを作製することに成功している。細胞シートの利用法としては(1)単層シート移植（皮膚、角膜上皮）、(2)同一細胞シートの積層化による均一な組織構築（心筋）、(3)数種の細胞シートの積層化による層状構造を呈する組織の構築（肝臓、血管、膀胱）があり、種々の組織再構築の研究を行っている。 ２．角膜の再生 　我が国の眼科医療において、角膜移植のドナーの絶対的な不足に加え、患者への移植後の拒絶反応が大きな問題となっている。我々は、大阪大学眼科学教室の西田幸二講師、田野保雄教授らとの共同研究により、患者自身や親族の角膜上皮幹細胞を採取し、温度応答性培養皿上で培養して細胞シートを作製することで、これを損傷した眼に移植する細胞シート移植法を開発した。さらに、両眼性疾患の患者には、口腔粘膜の上皮細胞シートを作製・移植する方法も確立した。現在ではすでに本法のヒトへの臨床応用を開始し、これまでに施行した12症例において良好な臨床経過を得ている。 ３．膀胱組織の再生 現在、先天性奇形や感染症による膀胱の機能不全、欠損に対して、消化管を使った拡大術や再建などの治療法が取られているが、結石、代謝異常などの多くの合併症の問題がある。この問題を解決するために、本学泌尿器科学の東間紘教授らとの共同研究により、膀胱尿路上皮細胞シートを作製し、合併症の原因となる消化酵素やイオンを分泌する粘膜を切除した消化管上に移植した。移植したシートは消化管平滑筋層に生着し、消化管由来の粘膜が再生することなく膀胱正常組織と同様の尿路上皮層の再生に成功した。 ４．歯周組織の再生 成人の８割以上が患っているといわれている歯周病は、歯周組織、主に歯根膜を中心とする組織破壊的な炎症により、放置すれば歯の脱落を招く。従来の治療法では失われた歯周組織は元にもどらず、著しい機能障害および審美傷害が残されるため、患者のQOL (Quality of Life)を低下させる大きな要因となる。そこで、我々は、東京医科歯科大学の長谷川昌輝医師、石川烈教授らとの共同研究により歯根膜組織由来細胞シートを歯周組織欠損部位へ移植することで、きわめて効果的に歯根組織膜が再生することを明らかとした。この技術は歯周組織の再生治療や歯根膜を持った次世代の人工歯根（インプラント）の開発に大きな恩恵を与えると考えている。 ５．心筋組織の再生 三次元的な構造をもつ心筋組織の再構築には、生体分解性ポリマーの支持体に細胞を培養する方法が世界的に主流であるが、移植後に生じる支持体の分解による炎症反応が問題となっている。これに対し、我々は細胞シートを重層化することにより、生体分解性の支持体を用いることなく三次元組織を構築し、それを心臓疾患部位へ移植し心筋組織を再生するという新しい概念を提案し、体系的に追究している。この手法により、電気的に結合し肉眼レベルで同期して拍動する重層化心筋細胞シートの作製に成功した。この重層化心筋細胞シートをラット背部皮下組織に移植したところ、細胞シートは長期にわたり生着し、ホスト心臓の心電図とは独立した心筋移植片に固有の電位が測定された。その上、毛細血管網が発達し、生体心筋組織様の組織構造が確認された。また、我々は高機能な心筋組織を構築するために、バイオリアクターの開発にも力を入れている。 ６．肝臓組織の再生 肝臓は肝細胞の集合体に星細胞、類同内皮細胞が存在する。このような構造を肝小葉といい、肝臓機能を発現している。従来は、肝細胞の培養は生体肝から回収した初期細胞のみを用いることができ、長期に数週間から数ヶ月にわたって培養を維持し、機能を発現することは困難であった。我々は、温度応答性培養皿を用いることで、肝細胞培養系に血管内皮細胞の単層培養組織を重層化させることに成功した。この重層化組織は、２ヶ月以上の長期にわたって肝細胞が生着し、かつ、肝機能の一つであるアルブミン合成能を維持していた。このような共培養系は単純に肝細胞と内皮細胞とを混合して播種すればできるわけではなく、温度応答性培養皿上で単層組織として回収し、重層化させるという技術により初めて成功したものである。 研究可能テーマ １．マイクロパターン化表面上でのパターン化共培養による組織構築 　 温度応答性高分子を電子線重合、プラズマ重合重合によりマイクロメートル・オーダーのパターン状に表面に固定することで、温度に応じて細胞接着性を変化させるマイクロパターン化表面を作成することができる。この表面では従来他の方法では実現できなかった複数種の細胞の共培養が可能である。この技術を用いて、二次元的な組織様構造の再構築について、共培養における細胞分化機能の向上、システム化の観点から検討する。 　 ２．細胞シート積層共培養による組織再構築技術の開発 　 温度応答性高分子を市販の培養皿上に固定化することで、酵素処理を必要とすることなく培養細胞を回収できる温度応答性培養皿を作成できる。この培養皿を用いると細胞−細胞間接着を維持したまま細胞シートが回収できる。複数種の細胞シートを積層することで、他の方法では得ることのできない積層型共培養が可能である。細胞シート積層共培養による三次元組織構造の再構築技術を探求する。 　 ３．伸縮性三次元培養基材およびバイオリアクターを用いた機能的心筋組織の構築 　 心筋細胞や血管平滑筋細胞の高度な細胞分化機能の維持には、生体中で常時さらされている伸縮等の力学的刺激が必須である。また組織中で観察される細胞の有方向的な再配置を培養系で実現することによりより機能的な組織の構築が可能になると考えられる。これらを実現するため、伸縮性の高分子を利用した三次元培養基材および力学的負荷を可能とする培養デバイスを開発する。 　 ４．再構築組織への血管系の導入技術の開発 　 再構築した培養組織へ血液を供給する血管系の導入・接続法について、血管内皮細胞の組み込み、サイトカイン・細胞外マトリックスを用いた誘導、血管内皮細胞増殖因子遺伝子の導入などの技術を組み合わせ、効率的な手法の確立を目指す。 　 ５．再構築組織への神経系の導入技術の開発 　 再構築した培養細胞を制御する神経系の導入・接続法について、サイトカインによる誘導、パターン表面を用いたコンタクドガイダンス、電気刺激による軸索の伸長などの技術を組み合わせ、効率的な手法の確立を目指す。 　 ６．生分解性材料を用いた三次元構造を有する細胞培養担体の開発 　 脂肪族ポリエステルは、生体中で酵素の存在/非存在下で分解性を有する。またこの材料は光架橋反応により、チューブや袋型など自由にその成形が可能である。この材料を用いて培養細胞に適した細胞培養の足場となるマトリックスを成形する。空隙率などの物理的性質や、科学的な組成と細胞機能との関連を詳細に検討して種々の目的に応じた最適な細胞培養用マトリックスの設計法を確立する。 　 ７．ハイドロゲルを用いた三次元培養システムの開発 　 ある種の細胞では、サイトカイン等の化学的刺激を加えることにより、細胞増殖能・分化能を制御できるが、軟骨等の常に物理的な力がかかる組織を再構築するためには、組織中で観察される物理的刺激が必要であることが明らかになっている。温度応答性高分子から構成されるハイドロゲルは微小な温度変化に応答して大きな体積変化を生起する。ハイドロゲル空隙に細胞を埋入し、微小な温度変化のみで体積を変化させて細胞に力学的刺激を加えた際の細胞の機能変化を追求し、軟骨細胞などの組織構築法を確立する。 *テーマの内容・受け入れ人数については PDFファイルをご覧ください→ 大学院在校生の声 白柳　慶之 細胞シート工学的手法による膀胱の再生を研究しています。 再生医療、前立腺疾患に対するロボット外科等に興味があります。 専攻学科のページへ戻る トップページへ