研究室概要

１．細胞特異性材料の創製と再生医療への展開
①再生医療とは？
②細胞スフェロイド（cell spheroid）とは？
再生医療とは、失われた細胞や組織を再生して補う医療であり、臓器移植の
際の深刻なドナー不足を解消する画期的な医療として、近年注目されていま
す。
ES細胞の分化誘導などの生物学的なアプローチに対し、材料方面からのア
プローチに関する研究も近年急速な進歩をとげています。
たとえば、Vacanti兄弟とR.Langerによる「耳マウス」
は強烈なインパクトと共に「Tissue Engineering」とい
う言葉を世間に広く知らしめました。実際に背中につ
いている耳は耳として機能するものではないですが、
それでも、再生医療における材料の重要性は示され
ました。
当研究室では、「細胞スフェロイド」というものを作成し、
これを再生医療へ応用することを目標としています。
vs
細胞のカタマリのことです。細胞は通常、単層（シート）の状態で底面に接着しますが、そ
の底面に何らかの仕掛けをすることで、細胞は底面に接着することなく、細胞同士で凝集
し、カタマリを形成します。これを細胞スフェロイドとよんでいます。
人間の組織は単層状で成り立っているわけではありません。細胞がカタマリで存在したと
き、その組織としての機能が十分に発揮されるわけです。つまり、細胞スフェロイドを培養
するということは、単層状態で細胞培養するときよりも、その組織本来の機能を高くもつこ
とが期待されるわけです。
④細胞と界面
cell
pr o
tein
③スフェロイドは小さいほうがいい！
cell
protein
細胞スフェロイドをつくる研究は数多くされてきましたが、従来の方法では、
大きなスフェロイド（mmオーダー）しかつくることができませんでした。ス
フェロイドが大きいと、内部の細胞まで十分に栄養や酸素が行き届かず、
やがて内部から壊死してしまうことが知られています。これがいままでの
細胞スフェロイドの問題点でした。
細胞接着機構の
物理化学的計測
・表面張力
・接触角
・表面電位
・含水率
・粘弾性 など
それでも、細胞スフェロイドを長期間培養するためには？
スフェロイドひとつひとつを小さくして、細胞内部まで必要な栄養や酸素
が届くようにしてやればよいのです。
当研究室では・・
細胞を接着させない表面
（細胞非接着表面）
細胞が基板や材料に接着するときの機構は、①基材に
タンパクが接着②基材に接着したタンパクに細胞が接着
という順序です。ですから、細胞の接着を考えるときには、
まずはタンパクが接着する界面を考えなければなりませ
ん。この界面を目的に合わせて制御する研究は工学的
には非常に進んできていますが、それがなぜよいのか、
など、その詳しい機構については、まだまだ理学的見地
からの解明が必要です。界面でどのようなことが起こっ
ているのかを、正しく理解することで、はじめて有効な界
面をつくることができるのです。
こうしてできた細胞スフェロイドを、それぞれ目
的に合わせて、インプラント可能な形に成形し
ます。
しかも、アレイ状にパターンをつくることにより、一度に大
量の小さな（直径100µm）スフェロイドをつくることに成
功しています。細胞の種類も、ラット肝細胞、ウシ関節軟
骨細胞などさまざまな細胞でスフェロイドアレイを作成で
きることが確認できました。
細胞を接着させる表面
（細胞接着表面）
細胞が基板や材料と接触する界面に着目し、その界面
に、高分子を用いて、細胞が接着する表面と接着しない
表面をパターン状につくることに成功しました。このよう
にしてつくった基板の上に細胞を播種すると、細胞が通
常の層状接着ではなく、自主的にスフェロイドとなって接
着することがわかりました。
細胞スフェロイド
100µm
ウシ関節軟骨細胞スフェロイドアレイ
２．高感度ヘルスケアデバイス創製のための界面設計
①細胞の界面
細胞の最表層のようすは、図に示すように、本来、
とても緻密な構造になっています。細胞はいろいろ
な種類のものを認識しなければならないので、そ
れぞれについて鍵をもっています。こうして「特異
的」な認識は行われるのです。
糖タンパク質
ルス
ウィ
細菌
細胞
細胞
細胞表面の糖鎖▲は、別の細胞や感
染性の細菌、ウィルス、毒素、ホルモン
など、多くの分子の接着部位となって
います。
糖鎖がウイルスなどの分子を認識する
と、めぐりめぐって、発熱や炎症などの
症状となって現れます。
細胞最表面のようす
②界面を再現
②
何かを達成するためには、「相手を良く知れ」といいます。
たとえば、病気になったかどうかを正確に診断するために
も、その原理、つまり、細胞レベルでどのようなことが起
こっているのかを正確に知ることが必要です。
そこで、当研究室では、細胞界面で起こっていることを正確に把握するために、
人工的に細胞の界面の一部を再現し、糖鎖が何かを認識したときに生じる
様々な変化を測定し、診断に応用しようと考えています。
③
①
たとえば、金属をベースにした
界面をつくれば、既存の装置を
組み合わせて、より高感度な診
断装置をつくることができます。
当研究室では、①界面をつくる②認識側をつくる③認識
物(レポーター粒子)と界面の相互作用を解析する、を
トータル的に研究していきます。
分散状態
凝集状態
逆に，コロイドの界面に糖鎖を生やして，標的分子を認識させると、
ナノ粒子型診断材料に応用することが出来ます。