Research

BIO班では、次のようなテーマを軸に研究を行ってます。

 医療の目的は単に治療するだけでなく患者さんの生活の質(QOL)を再生することです。QOLを高めてゆくためには、工学分野と医療分野の融合が不可欠です。
 バイオマテリアル研究室BIO班では、工学技術を医療分野に応用することで、生体外における組織再生促進を目標とした培養環境設計や再生された組織の力学的機能を評価する新しい技術に関する研究を行っています。

 

電気インピーダンス法による再生軟骨の力学機能評価

Keywords:再生軟骨,力学機能,電気インピーダンス,粘弾性特性,酵素モデル

軟骨組織には,衝撃吸収や荷重支持などの力学的な機能が必要です.したがって再生医療においては、組織が本来もつ機能までも再生させることが不可欠です。生体外で再生させた組織は生体組織と比べて非常に柔らかいため、直接荷重が負荷されるような機械的試験方法は組織を破壊することが危惧されます。そこで電気インピーンダンスにより軟骨組織の力学特性を非破壊的に評価する手法の開発を目指しています。この手法を用いて、関節鏡下において関節軟骨の初期変性を評価するデバイスや、再生軟骨移植術に用いる培養軟骨の成熟度を評価する手法の開発を行っています。

インピーダンス測定
図1 2電極電気インピーダンス法による培養軟骨計測システム
        

impedance device
図2 電気インピーダンス法による関節軟骨評価デバイス

【研究テーマ】
1. 二電極電気インピーダンス法による軟骨細胞‐アガロースゲル複合体の力学特性評価書類
2. Evaluation of electrical impedance related to matrix composition of articular cartilage using the two-electrodes impedance measurement書類

 

再生軟骨の力学特性および組織形成に及ぼす培養環境の影響

Keywords:軟骨再生,培養環境設計,力学機能再生,パルス電界刺激,力学刺激,多光子励起顕微鏡(MPM),動的粘弾性特性,表面ゲル潤滑

関関節軟骨は日常生活において常に力学的環境下にさらされています。したがって軟骨再生において、さまざまな力学(電気)的刺激が軟骨細胞の活性向上と組織構造構築に影響していると考えられます。早期により生体軟骨に近い力学特性の組織を作製することを目標に、培養過程において培養軟骨に力学(電気)的刺激を与え,どのように培養軟骨の組織構造が再生されていくかを多光子励起顕微鏡などを用いることにより評価しています。また,摩擦試験,動的粘弾性試験などを行い,組織構造の相違による力学的特性の違いを評価しています。

電気刺激システム
図1 軟骨細胞の電気刺激負荷培養

friction apparatus       mpm
   図2 微小荷重摩擦試験装置       図3 関節軟骨のMPM観察像

【研究テーマ】
1. Effects of surface gel layer on adsorption of proteins and frictional properties of articular cartilagea書類

 

関節軟骨および再生軟骨の潤滑特性評価

Keywords:関節軟骨,表面ゲル潤滑,摩擦特性,コンドロイチン硫酸

再生軟骨には移植後に生体と同じ力学機能が再建されることが望まれます。関節軟骨には日常生活で我々の関節の滑らかな運動を可能とする優れた潤滑機能が備わっています。本テーマでは、関節軟骨の優れた潤滑機能の解明のためさまざまな条件下で摩擦試験を行い,特に表面層に注目して関節軟骨の潤滑機能の評価を行っています。また、得られた関節軟骨の潤滑特性をもとに培養軟骨の再建に伴う潤滑特性の評価も行っています。

培養軟骨の摩擦試験
図1 関節軟骨の表面形態と摩擦試験

 

組織再生用ナノファイバースキャホールドの開発

Keywords:組織工学,ナノファイバースキャホールド,エレクトロスピニング法,生体吸収性高分子,骨軟骨再生,神経再生

組織工学において、細胞を生体と同様に3次元配置するためにスキャホールド(足場)と呼ばれる再生組織の骨格が重要です。本テーマでは、エレクトロスピニング法により生体組織を構成するコラーゲン線維と同様のナノオーダーの直径を有するナノファイバーによるスキャホールドの開発を行っています。さまざまな組織の構造を模擬し,また細胞の増殖・活性を向上させるような線維径・線維構造を付与した特殊なファイバーを作製し、神経、関節軟骨および骨などの早期再生を目的としたスキャホールドの開発を行っています。

神経細胞ナノファイバー神経細胞蛍光
 図1 ナノファイバー上に接着した神経細胞   図2 ナノファイバーに沿った神経細胞

【研究テーマ】
1. Development of biodegradable nanofiber guide tube for nerve regeneration書類

 

骨形成促進のためのインプラント表面改質技術の開発

Keywords:骨再生,骨分化,表面改質,電気刺激,圧電薄膜,チタン酸バリウム,シリコン酸マグネシウム,細胞接着力

骨に欠損が生じた場合には骨置換材を用いて補填します。しかし、骨と骨との接合に比べて骨と骨置換材との接合には長期の時間を要するといった問題があります。この問題を解決するためには、骨置換材の表面を細胞が活性化しやすいような処理が必要であり、表面の組成や様々な刺激を与えることによって可能となります。本テーマでは、細胞接着を促進させるタンパク質や,細胞への電気刺激の付与が可能な材料を骨置換材にコーティングすることで骨の再生を促進させる試みを行っています。

圧縮負荷培養装置
図1 圧縮変形負荷培養システム

細胞接着力測定
図2 細胞接着力測定システム

【研究テーマ】
1. Effects of surface potential induced by cyclic deformation of BaTiO3 on osteogenic differentiation of rat bone marrow cells書類
2. Quantitative evaluation of cell adhesion toward RAD16RGDS peptide coated substrate書類

 

研究活動について

ページのトップへ戻る