プロジェクト概要

生物の組織や臓器は、異種細胞からなる複雑な３次元構造を持っています。このような複雑な3次元構造の再現が、機能的な組織や臓器を人工的に作製するための鍵と考えられます。これまでの組織工学では、立体的な足場に細胞を播種することで３次元の組織形成を行なってきましたが、この方法では軟骨などの比較的低密度の組織は形成できても、消化器官系などの高密度で分厚い組織や異種細胞の階層構造などを再現することは困難でした。そこで、細胞を規格化されたユニットとして加工し、それらを制御性良く集積することで立体組織を造形するボトムアップ型のアプローチに注目が集まっています。 ここでの課題の一つは、細胞そのものは柔らかく変形しやすいため、取り扱いが容易なユニットをいかに高速かつ精密に実現するかということが挙げられます。 また、分厚く高密度な組織となると、組織の内部まで養分や酸素を供給することが難しくなるため、血管などの輸送メカニズムを組む込むことも重要な課題とされています。

本研究領域は、微細な加工・配置を得意とするＭＥＭＳ技術やマイクロ流体デバイス技術と組み合わせて、細胞をあたかもネジやバネ、歯車といった規格化された部品のように加工し、厚みを持った三次元組織を機械組み立てのように緻密かつ高速に構築することを目指します。 規格化された細胞として、筋肉や神経、血管のようなファイバー状のもの、膵臓や肝臓内にあるブロック状のものなど様々なモジュールを実現します。 それらを効率的に組み上げることによって、生体内に見られる複雑な形態を構築します。 また、こうしたプロセスに加え、細胞の成長に欠かせない、成長因子や細胞外マトリックスなどの外部環境も制御することで、自己組織化能や遺伝子発現能、物質産生能など、生体特有の機能発現を誘導します。 以上のプロセスを体系化し、生体材料を利用した立体構造構築に展開可能な設計論を確立したいと考えています。 　このようなバイオテクノロジーと工学テクノロジーの融合によって実現する生体を模擬した形態や機能を持つ細胞組織構造は、再生医療における安全な移植材料としての利用や、動物実験に依存しない薬物動態検査システム、選択性の高い環境センサやソフトロボティクスなどに役立つことが期待されています。本研究プロジェクトによって、細胞を利用したものづくりという新たな産業分野の創出につながることを目指します。