出願番号：2006-312422 ／ 特開番号：2008-126459 ／ 登録番号：4974144

【課題】様々な一次元ないし三次元構造を有するゲルを簡便に製造することができる、一次元ないし三次元構造を有するゲルの製造方法及びそのための装置を提供すること。

【解決手段】ゲル形成性Ａ液の液滴を、インクジェット法により、Ａ液と接触するとゲルを生成するゲル形成性Ｂ液の外部から、Ｂ液に、Ａ液の到達位置を変えながら噴射することにより、すなわち、Ａ液を、Ｂ液上に描画することにより、所望の一次元ないし三次元構造を有するゲルを製造する。・

(1)3D-BioPrinting: Towards the Era of Manufacturing Human Organs as Spare Parts for Healthcare and M

Tissue Eng Part B Rev. 2017 Jan 19.

(2)The development of cell-adhesive hydrogel for 3D printing. International. Journal of Bioprinting,

International. Journal of Bioprinting, 2(2): 44-53. 2016.

(3)バイオプリンティングの動向、３Dプリンタの医療応用最前線II

Inner Vision 31(7). 18-19, 2016

(4)3Dバイオプリンティングの国内外の現状と課題、実験医学特集号『医療・創薬に向けた立体臓器をつくる：細胞の性質を利用し、工学的に組み上げる』

実験医学33{8}, 1266-1272, 2015

(5)Bioprinting with pre-cultured cellular constructs towards tissue engineering of hierarchical tiss

International Journal of Bioprinting, 1(1): 39-48. 2015.

(1)心筋組織、人工リンパ節の3次元アセンブリ

本研究では、「アセンブリ技術」をキーワードに、人工心筋組織と人工リンパ節組織を対象に、心筋組織のスケールアップと3次元構造内部の細胞構成の制御にチャレンジすることを目的に取り組んだ。
心筋組織は、心筋細胞が一方向に配向して存在する。そこで本研究では、心筋細胞が配向した心筋パーツをアセンブリしてスケールアップする構想のもと、配向した心筋組織パーツの作製に取り組んだ。パターン基板上でパターン培養（プレ培養）を行うことにより配向した筋組織を作ることができ、また、配向し始めたプレ組織を積層転写で複合化することも示せた。また、マイクロモールドをデザインして作製し、心筋細胞でのマイクロ鋳型培養を行った。細胞接着性ゲルの併用で細胞増殖もハンドリング性もよくなった。作製した心筋パーツは、心筋細胞の配向性を持ち、アドレナリン薬剤負荷にも反応した。有効な心筋パーツとみなせる。さらに作製した心筋組織パーツをハンドリングして、積層したり連結することにも成功した。バイオアセンブリングのコンセプトを実証することができた。
人工リンパ節に関しては、コラーゲン結合性ケモカインを３次元で配することを目指して、従来使用してきたアルギン酸分子にコラーゲンペプチドを固定する方法を開発した。粘度の問題から高粘度でも吐出可能な特殊紡糸ノズルによる押し出し法の利用で、コラーゲンペプチドを配した３次元構造体の作製ができた。共同研究で並行して合成してもらったコラーゲン結合性ケモカインがすでに合成済であるので、近日動物実験に移る予定である。
また、本研究班内での情報交換により、有効なマイクロ流路リアクター技術を学んだ。内部構造をデザインし手構築した３次元人工リンパ節組織のin vitro評価系の開発を目指せるところに進むことができた。

(2)再生組織・臓器の時間停止と再起動：凍結・解凍技術への挑戦

組織工学・再生医療では、作製した組織・臓器の時間を止め、長期保存を可能にする凍結保存技術が必要とされている。そこで、瞬間凍結や解凍の過程を可視化し、有効法を探索した。
凍結可視化装置と評価システムを改良した。凍結保護液の効果を可視化で確認できた。200μm幅の平滑筋組織ファイバーを作製し凍結現象を可視化した。細胞ごとに時間差をもって凍結する現象が確認できた。生存率は6割で、3次元組織の凍結現象の可視化法、細胞生死の評価法など課題が分かった。電磁誘導下での過冷却瞬間凍結法の実験用装置を試作し実験準備にかかった。

(3)組織と臓器の超速解凍技術

生きた組織や臓器を長期凍結保存する技術の必要性が高まっているが、未だ有効な技術がない。細胞と異なり大きな組織や臓器の凍結では凍結と解凍の両工程で傷害が起きる。凍結過程の技術開発が進みつつあるが、解凍過程は全く有効な手だてはない。そこで、電磁誘導で金属が発熱する仕組みを利用して血管内部から高速で解凍する方法を考案した。電磁調理器の改造、電磁波で発熱する人工赤血球の開発を行い、可能性検討を試みた。

(4)「イン・ファクトリー・ティシュ・エンジニアリング」の基盤技術の創出

臓器という精密かつ高度な生体複合組織を作製するには、多くの工程が必要である。本研究では、何種類もの機械がいくつもの工程を担当しつつ一つの製品を作り上げていく『工場生産』的な発想、すなわち『in factory Tissue Engineering』のコンセプトで、 (1)細胞組織パーツの作製技術、(2)パーツ組み立て実装技術、(3)育成・組織化を制御する技術の3つを重要工程・重要技術と位置づけて、臓器作製のための『新しい機械の手』の創出に取り組んだ。