小児外科疾患に対する生体内組織形成術（in-body tissue architecture）を用いた再生医療の開発

研究紹介

小児外科疾患に対する生体内組織形成術（in-body tissue architecture）を用いた臓器再生の開発

小児外科疾患に対する生体内組織形成術（in-body tissue architecture）を用いた再生医療の開発

生体内組織形成術（in-body tissue architecture, iBTA）は生体内で異物が線維性組織によって被包化される現象を利用して再生医療に用いる足場組織を作成する技術です。生体の背部皮下などに非吸収性の鋳型を埋め込んでおくと、1カ月後には鋳型が線維性組織で包まれるため、この組織を採取して再生医療の材料として使用します（図1）。iBTAでは鋳型の形を変えることによって様々な形状の線維性組織を作成することができ、形状によってバイオチューブ、バイオシート、バイオバルブなどと呼んでいます。この生体由来組織を血管や心臓弁、角膜、膀胱などの欠損部に組織修復材として移植すると、各々の臓器の組織が再生することが報告されています。私たちはバイオチューブやバイオシートを用いて小児の先天性疾患や難治性疾患に対して再生医療による治療を開発することを目指して以下のような研究を行っています。

①臓器欠損部への移植による組織再生の研究

ウサギの気管に作成した欠損にバイオシートを自家移植すると、1カ月後にバイオシートに気管の上皮や軟骨が再生することを確認しました（図2a）。同様に、ウサギの横隔膜欠損にバイオシートを自家移植すると、臨床で横隔膜の修復に使用されている非吸収性のパッチより術後のヘルニアの合併が少なく、3カ月後にはバイオシート内に横紋筋組織が再生することを報告しました (図2b)。これらの研究は将来的に先天性気管狭窄症や先天性横隔膜ヘルニアの治療に応用されることが期待されます。さらに、iBTAの技術を改良した食道再生の研究も行っています。

②小腸上皮オルガノイドとバイオチューブを用いた小腸再生

小腸上皮細胞を三次元培養した小腸上皮オルガノイドをバイオチューブに播種・移植することで、バイオチューブの内腔表面に小腸上皮を再生させ、小腸粘膜を有するバイオチューブを開発する研究を行っています（図3）。将来的には、このバイオチューブを用いて小腸再生を行うなど、短腸症候群のお子さんの治療に応用したいと考えています。

③バイオシートによる組織再生のメカニズムの研究

バイオチューブやバイオシートにより組織再生が生じるメカニズムは明らかになっていません。そこで、私たちはバイオシートのミクロ構造や細胞、たんぱく質などを解析し、その再生メカニズムの解明を目指しています。

具体的にはバイオシートに存在する細胞を単離して、様々な培養実験やフローサイトメトリーによる細胞表面抗原の解析を行っています。またプロテオーム解析によりバイオシートに含まれるタンパク質を網羅的に解析することで、バイオシートの組織再生に関わっているタンパク質やシグナル経路の検索を進めています。本研究により、将来的により優れた再生能を有するバイオチューブやバイオシートの開発につながることが期待されます。

図1 バイオチューブ・バイオシートの作成

図1 バイオチューブ・バイオシートの作成

図2 バイオシートを用いた臓器再生の研究

図2 バイオシートを用いた臓器再生の研究

図3 小腸上皮オルガノイドとバイオチューブを用いた小腸再生の研究

図3 小腸上皮オルガノイドとバイオチューブを用いた小腸再生の研究

業績

  • Suzuki K, Komura M, Obana K, Komura H, Inaki R, Fujishiro J, Suzuki K, Nakayama Y. A new method of primary engineering of esophagus using orthotopic in-body tissue architecture.　
    J Pediatr Surg . 56:1186-91, 2021.
  • Komura M, Komura H, Satake R, Suzuki K, Yonekawa H, Ikebukuro K, Komuro H, Hoshi K, Takato T, Moriwaki T, Nakayama Y. Fabrication of an anatomymimicking　BIO-AIR-TUBE with engineered cartilage.
    Regen Ther, 11:176-81, 2019
  • Suzuki K, Komura M, Terawaki K, Kodaka T, Gohara T, Komura H, Nakayama Y. Engineering and repair of diaphragm using biosheet, a collagenous connective tissue membrane, in rabbit.
    J Pediatr Surg. 53:330-4, 2018
  • Satake R, Komura M, Komura H, Kodaka T, Terawaki K, Ikebukuro K, Komuro H, Yonekawa H, Hoshi K, Takato T, Nakayama Y. Patch tracheoplasty in body tissue engineering using collagenous connective tissue membranes (biosheets).
    J Pediatr Surg. 51:244-8, 2016

学会発表

  • Keisuke Suzuki, Makoto Komura, Hiroko Komura, Jun Fujishiro, Yuka Matsumoto, Tetsuya Nakamura, Yasuhide Nakayama
    Regeneration of intestinal epithelium onto biotubeusing organoids aiming at tissue engineering of small intestine
    The 56th Annual Meeting of the PAPS, Bali
  • Keisuke Suzuki, Makoto Komura, Hiroko Komura, Jun Fujishiro, Kan Suzuki, Yasuhide Nakayama
    A new primary engineering of esophagus using orthotopic in-body tissue architecture for long-gap esophageal atresia
    The 53th Annual Meeting of the PAPS, 2020, VIRTUAL
  • K Suzuki, M Komura, K Terawaki, T Kodaka, T Gohara, H Komura, Y Nakayama
    Evaluation　of diaphrgmatic engineering using biosheet, a collagenous connective tissue membrane, to repair congenital diaphragmatic hernia in rabbit
    BAPS 65th Annual International Congress, 2017, London