2022/07/02 更新

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トベ ユウスケ
戸部 友輔
所属
理工学術院 創造理工学部
職名
助教
 

論文

  • Perfusable vascular tree like construction in 3D cell-dense tissues using artificial vascular bed

    Yusuke Tobe, Jun Homma, Katsuhisa Sakaguchi, Hidekazu Sekine, Kiyotaka Iwasaki, Tatsuya Shimizu

    Microvascular Research   141   104321 - 104321  2022年05月

    DOI

  • Bioengineering of a scaffold-less three-dimensional tissue using net mould

    Katsuhisa Sakaguchi, Yusuke Tobe, Jiayue Yang, Ryu-ichiro Tanaka, Kumiko Yamanaka, Jiro Ono, Tatsuya Shimizu

    Biofabrication    2021年09月

    DOI

  • Perfusable System Using Porous Collagen Gel Scaffold Actively Provides Fresh Culture Media to a Cultured 3D Tissue

    Chikahiro Imashiro, Kai Yamasaki, Ryu-ichiro Tanaka, Yusuke Tobe, Katsuhisa Sakaguchi, Tatsuya Shimizu

    International Journal of Molecular Sciences   22 ( 13 ) 6780 - 6780  2021年06月

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    Culturing three-dimensional (3D) tissues with an appropriate microenvironment is a critical and fundamental technology in broad areas of cutting-edge bioengineering research. In addition, many technologies have engineered tissue functions. However, an effective system for transporting nutrients, waste, or oxygen to affect the functions of cell tissues has not been reported. In this study, we introduce a novel system that employs diffusion and convection to enhance transportation. To demonstrate the concept of the proposed system, three layers of normal human dermal fibroblast cell sheets are used as a model tissue, which is cultured on a general dish or porous collagen scaffold with perfusable channels for three days with and without the perfusion of culture media in the scaffold. The results show that the viability of the cell tissue was improved by the developed system. Furthermore, glucose consumption, lactate production, and oxygen transport to the tissues were increased, which might improve the viability of tissues. However, mechanical stress in the proposed system did not cause damage or unintentional functional changes in the cultured tissue. We believe that the introduced culturing system potentially suggests a novel standard for 3D cell cultures.

    DOI

  • Reconstruction of a Vascular Bed with Perfusable Blood Vessels Using a Decellularized Porcine Small Intestine for Clinical Application

    Yusuke Tobe, Katsuhisa Sakaguchi, Jun Homma, Kazunori Sano, Eiji Kobayashi, Hidekazu Sekine, Kiyotaka Iwasaki, Tatsuya Shimizu, Mitsuo Umezu

    IFMBE Proceedings     284 - 292  2021年

    DOI

  • Measuring the Contractile Force of Multilayered Human Cardiac Cell Sheets.

    Katsuhisa Sakaguchi, Hiroaki Takahashi, Yusuke Tobe, Daisuke Sasaki, Katsuhisa Matsuura, Kiyotaka Iwasaki, Tatsuya Shimizu, Mitsuo Umezu

    Tissue engineering. Part C, Methods   26 ( 9 ) 485 - 492  2020年09月  [国際誌]

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    Three-dimensional (3D) cardiac tissue reconstruction using tissue engineering technology is a rapidly growing area of regenerative medicine and drug screening development. However, there remains an urgent need for the development of a method capable of accurately measuring the contractile force of physiologically relevant 3D myocardial tissues to facilitate the prediction of human heart tissue drug sensitivity. To this end, our laboratory has developed a novel drug screening model that measures the contractile force of cardiac cell sheets prepared using temperature-responsive culture dishes. To circumvent the difficulties that commonly arise during the stacking of cardiomyocyte sheets, we established a stacking method using centrifugal force, making it possible to measure 3D myocardial tissue. Human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes were seeded in a temperature-responsive culture dish and processed into a sheet. The cardiac cell sheets were multilayered to construct 3D cardiac tissue. Measurement of the contractile force and cross-sectional area of the multilayered 3D cardiac tissue were then obtained and used to determine the relationship between the cross-sectional area of the cardiac tissue and its contractile force. The contractile force of the 1-, 3-, and 5-layer tissues increased linearly in proportion to the cross-sectional area. A result of 6.4 mN/mm2, accounting for one-seventh of the contractile force found in adult tissue, was obtained. However, with 7-layer tissues, there was a sudden drop in the contractile force, possibly because of limited oxygen and nutrient supply. In conclusion, we established a method wherein the thickness of the cell sheets was controlled through layering, thus enabling accurate evaluation of the cardiac contractile function. This method may enable comparisons with living heart tissue while providing information applicable to regenerative medicine and drug screening models.

    DOI PubMed

  • A novel rat model of inflammatory bowel disease developed using a device created with a 3D printer.

    Tomoko Kuriyama, Masayuki Yamato, Jun Homma, Yusuke Tobe, Katsutoshi Tokushige

    Regenerative therapy   14   1 - 10  2020年06月  [国際誌]

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    Objective: Inflammatory bowel disease (IBD) is an intractable condition. Existing models of experimental IBD are limited by their inability to create consistent ulcers between animals. The aim of this study was to develop a novel model of experimental colitis with ulcers of reproducible size. Design: We used a 3D printer to fabricate a novel device containing a small window (10 × 10 mm) that could be inserted rectally to facilitate the creation of a localized ulcer in the rat intestinal mucosa. The mucosa within the window of the device was exposed to 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) to generate ulceration. We evaluated the effects of conventional drug therapies (mesalazine and prednisolone) and local transplantation of allogeneic adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) on ulcer size (measured from photographic images using image analysis software) and degree of inflammation (assessed histologically). Results: The novel method produced localized, circular or elliptical ulcers that were highly reproducible in terms of size and depth. The pathological characteristics of the lesions were similar to those reported previously for conventional models of TNBS-induced colitis that show greater variation in ulcer size. Ulcer area was significantly reduced by the administration of mesalazine or prednisolone as an enema or localized injection of ASCs. Conclusion: The new model of TNBS-induced colitis, made with the aid of a device fabricated by 3D printing, generated ulcers that were reproducible in size. We anticipate that our new model of colitis will provide more reliable measures of treatment effects and prove useful in future studies of IBD therapies.

    DOI PubMed

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Misc

  • ネットモールド法により構築可能な3次元組織厚に関する基礎検討

    楊佳悦, 大野次郎, 坂口勝久, 戸部友輔, 清水達也, 梅津光生, 梅津光生

    日本再生医療学会総会(Web)   19th  2020年

    J-GLOBAL

  • 重層化心筋細胞シートの移植治療実現のための脱細胞化ブタ小腸を利用したヒトに移植可能な血管床の開発

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生

    日本再生医療学会総会(Web)   18th  2019年

    J-GLOBAL

  • 立体心筋組織構築のための脱細胞化ブタ小腸を用いたヒト血管床再構築法の検討

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生

    日本再生医療学会総会(Web)   17th  2018年

    J-GLOBAL

  • 脱細胞化ブタ小腸を骨格としたヒトに移植可能な血管床の開発

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生

    日本生体医工学会大会プログラム・抄録集(Web)   57th  2018年

    J-GLOBAL

  • 立体組織構築のための脱細胞化小腸を用いた血管床の開発

    関根秀一, 戸部友輔, 戸部友輔, 佐野和紀, 佐野和紀, 八鍬一貴, 坂口勝久, 坂口勝久, 松浦勝久, 梅津光生, 小野稔, 小林英司, 清水達也

    日本小腸移植研究会プログラム・抄録集   29th  2017年

    J-GLOBAL

  • 立体管状心筋組織構築に向けたブタ脱細胞化小腸を用いた血管床の開発

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生, 岡野光夫

    再生医療   16  2017年

    J-GLOBAL

  • 細胞シート技術を用いた立体心筋組織構築のための脱細胞化ブタ小腸血管床の作製

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生

    人工臓器(日本人工臓器学会)   46 ( 2 )  2017年

    J-GLOBAL

  • 細胞シート技術を用いたヒト立体心筋組織構築

    坂口勝久, 戸部友輔, 中園一紀, 清水達也, 梅津光生

    日本生体医工学会大会プログラム・抄録集(Web)   56th  2017年

    J-GLOBAL

  • 積層したヒトiPS細胞由来心筋シートの収縮力とシート断面積の関係性の解明

    高橋啓明, 坂口勝久, 戸部友輔, 中園一紀, 佐々木大輔, 松浦勝久, 清水達也, 梅津光生

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集(CD-ROM)   30th  2017年

    J-GLOBAL

  • In vitroにおける立体組織構築を目的とした脱細胞化血管床による積層化細胞シート内血管への培養液の灌流誘導技術の検討

    戸部友輔, 坂口勝久, 高橋啓明, 中園一紀, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集(CD-ROM)   30th  2017年

    J-GLOBAL

  • 生体接着剤を用いた細胞シート高速積層技術による立体心筋組織の構築

    中園一紀, 坂口勝久, 高橋啓明, 戸部友輔, 中園一紀, 坂口勝久, 高橋啓明, 戸部友輔, 清水達也, 梅津光生

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集(CD-ROM)   30th  2017年

    J-GLOBAL

  • 細胞シート立体積層化のための脱細胞化血管床の開発に向けた脱細胞化条件の検討

    戸部友輔, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 梅津光生, 岡野光夫

    再生医療   15  2016年

    J-GLOBAL

  • 臨床応用を目的とした立体心筋組織構築に向けた脱細胞化血管床の開発

    戸部友輔, 戸部友輔, 坂口勝久, 坂口勝久, 佐野和紀, 関根秀一, 清水達也, 小林英司, 梅津光生, 岡野光夫

    日本バイオレオロジー学会誌(Web)   30 ( 2 )  2016年

    J-GLOBAL

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 生体内の血液循環を模擬した灌流バイオリアクタによるヒト立体心筋組織構築の挑戦

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

    戸部 友輔

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    組織や臓器を細胞から作製する組織工学は臓器移植への応用が期待されているが、臓器特有の機能を有する立体組織の作製は未だ研究段階である。血管網の付与、及び付与した血管網への培養液の灌流により立体心筋組織を作製可能であることが報告されているが、1 mmを超える組織を安定的に作製する手法については未確立である。
    そこで本研究では、付与した血管網への培養液の灌流方法として生体内において末梢循環の向上に寄与することが知られている拍動流に着目した。拍動流を創出、組織内の微細な毛細血管へと灌流可能なバイオリアクタを開発し、拍動流が①組織内の培養液の灌流領域に与える影響、②組織内での血管網形成に与える影響を、定常流による灌流培養と比較することで明らかにし、立体組織構築のための最適な灌流培養手法を提案することを目的とする。
    本年度は、立体組織構築の基盤となる培養土台である新たな血管床の開発に着手した。血管床とは微細な流路を有する組織であり、細胞シートを血管床上に生着させた後に灌流培養することで、血管床内の流路を介して直径約数十マイクロメートルの細胞シート内血管網へ培養液を送液し、立体組織の構築を可能とする。前年度まで血管床として採用していた生体由来の組織を利用した血管床は、細胞シート内血管網への送液が可能であることを明らかとした一方、材料の特性に起因する組織構造の問題などから再現性が低いことが明らかとなった。そこで本年度では血管床内の流路と細胞シートの血管網間での流路結合の再現性の高い血管床を、ハイドロゲルを用いて人工的に作製する手法の開発に取り組んだ。ハイドロゲル濃度や血管床形状の検討により細胞シート内毛細血管網への培養液の送液を高い再現性を持って可能にする血管床を開発した。これにより灌流培養手法が組織内の血管網に与える影響の評価を可能とした。

特定課題研究

  • 生体外における灌流可能な管腔構造を有する血管網の立体組織への付与技術の開発

    2021年  

     概要を見る

    本研究では、生体外において組織工学的に作製した高細胞密度の立体組織に対して培養液等が灌流可能な血管網を大量に付与する技術の開発を目的とする。立体組織への灌流可能な血管網の導入に向け、培養液の流動を立体組織に直接加えることが可能な流路構造を有する、新たな血管床を開発した。細胞シートの重層化によって得られた立体組織を開発した血管床上で灌流培養することで、培養液や血液の灌流が可能な機能的血管網を生体外において大量に付与可能であることを明らかにし、以上の結果をMicrovascular Research誌に投稿した。本実験系は、これまでにない再生医療組織や創薬試験モデルの応用研究に資する知見を提供可能であると期待される。

 

現在担当している科目