研究業績

2024

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Lakshimi Mohan, Wildan Mubarok, Shinji Sakai, Photo-tuning of hyaluronic acid-based hydrogel properties to control network formation in human vascular endothelial cells, Advanced Healthcare Materials, in press (2024)[DOI:10.1016/].
    人の血管細胞細胞のネットワーク形成を光反応によりヒアルロン酸誘導体の架橋・分解を制御することでコントロールできることを示した研究成果です。
  2. Wildan Mubarok, Colin Zhang, Shinji Sakai, 3D Bioprinting of Sugar Beet Pectin Through Horseradish Peroxidase-Catalyzed Crosslinking, ACS Applied Bio Materials, in press (2024)[DOI:10.1016/].
    甜菜ペクチンは化学修飾を行うことなく西洋わさび由来ペルオキシダーゼが触媒する反応によってその水溶液をゲルにすることができます。この性質を利用して、甜菜ペクチンを主成分とするインクを用いて、人の細胞を生きたまま含む三次元構造体をバイオプリント（バイオプリンティング）できることを報告したものです。
  3. Kotoko Furuno, Keiichiro Suzuki, Shinji Sakai, Transduction and Genome Editing of the Heart with Adeno-Associated Viral Vectors Loaded on Electrospun Polydioxanone Nonwoven Fabrics, Biomolecules, 14(4), 506 (2024). [DOI:10.3390/biom14040506].
    ポリジオキサノンは伸縮性のある糸を形成する生体適合性の高い材料です。この材料から静電紡糸法で作製したナノファイバー不織布にアデノ随伴ウイルスベクターを担持し、それを心臓表面に貼り付けることで、心臓への遺伝子導入、ゲノム編集が行えることを実証した論文です。鈴木研究室との共同研究の成果です。
  4. Shinji Sakai, Shota Yamamoto, Ryo Hirami, Mitsuyuki Hidaka, Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Enzymatically Gellable Chitosan Inks with Enhanced Printability by Chitosan Nanofibers for 3D Printing of Wound Dressings,European Polymer Journal, 210, 112960.(2024) [DOI:10.1016/j.eurpolymj.2024.112960/].
    キトサンを成分とする水溶液、一般に生体や細胞に対して穏和な条件ではゲル化をさせるのが難しく、また、その水溶液をインクとして用いると濃度をかなり上げないと粘度が良好kなプリントを大なうために十分なところまで達しません。そこで、キトサンナノファイバーを添加剤として用い、また酵素反応によりゲル化するキトサンをもちいることで、良好な造形を達成するとともに、3Dプリントにより得られるゲルが創傷被覆材として優れた性能を有することを実証した論文です。
  5. Ryotaro Kazama, Shinji Sakai, Effect of cell adhesiveness of Cell Dome’s shell on enclosed HeLa cells, Journal of Bioscience and Bioengineering, 137(4), 313-320 (2024). [DOI:10.1016/j.jbiosc.2024.01.002].
    Cell Domeは、構成するゲル皮膜の組成を制御することによって細胞接着性をコントロールすることができます。例えば、皮膜にゼラチン誘導体を含ませれば細胞接着性を付与することができます。本論文では、細胞接着性を有するゲル皮膜からなるCell Dome中でHeLa細胞を培養すると、細胞周期や増殖特性が細胞接着性を有さないゲル皮膜からなるCell Dome内で培養した場合と異なることを明らかにしました。
  6. Kotoko Furuno, Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Keiichiro Suzuki, Shinji Sakai, Local Delivery of Adeno-associated Viral Vectors with Electrospun Gelatin Nanofiber Mats, ournal of Biomedical Materials Research: Part B - Applied Biomaterials, 112(1), e35345 (2024). [DOI:10.1002/jbm.b.35345].
    アデノ随伴ウイルスベクターを担持した静電紡糸法により得られるゼラチンナノファイバー不織布を内視鏡などをつかって臓器表面に貼り付けることで、部位選択的に遺伝子導入、ゲノム編集を行うという新しい治療法の研究に関する成果です。鈴木研究室との共同研究として実施されました。

【Review article etc...】

  1. Thaaranni Bashkeran, Shinji Sakai, Retno Wahyu Nurhayati, Minh Hong Nguyen, Wildan Mubarok, Ryota Goto, Dinda Shezaria Hardy Lubis, Auzan Luthfi, Masrina Mohd Nadzirm, Microbial Exopolysaccharides Production and Applications (Edited ByShashi Kant Bhatia, Parmjit Singh Panesar, Sanjeet Mehariya, CRC Press) [DOI: 10.1201/9781003342687], Chapter 4: Biomedical applications of exopolysaccharides
    微生物が細胞外に分泌する多糖のバイオメディカル応用に関する解説です。

2023

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Ryota Goto, Masaki Nakahata, Cédric Delattre, Emmanuel Petit, Redouan El Boutachfaiti, Shinji Sakai, Fabrication of cell-laden microbeads and microcapsules composed of bacterial polyglucuronic acid, International Journal of Biological Macromolecules, 244, 125481 (2023) [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.125481].
    フランスグループがコスメ応用などにおいてその有用性を見出してきたポリグルクロン酸に関して、これまでアルギン酸がよく使われている細胞包括カプセル作製材料として有用であることを実証しました。アルギン酸とは異なる特性をもった材料であり、今後の応用展開が期待されます。
  2. Wildan Mubarok, Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Takashi Kotani, Shinji Sakai, Visible light photocrosslinking of sugar beet pectin for 3D bioprinting applications, Carbohydrate Polymers, 316(15), 121026 (2023) [DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121026].
    甜菜ペクチンは化学修飾することなく、可視光で架橋するバイオプリティング用インク材料として利用可能であることをではじめて実証した論文です。３Dプリントした構造物に細胞の生存を損なうことなくいれることに成功しました。
  3. Ikki Horiguchi, Hotaka Nagate, Yasuyuki Sakai: Particle-tracking-based strategy for the optimization of agitation conditions in a suspension culture of human induced pluripotent stem cells in a shaking vessel, Journal of Bioscience and Bioengineering, 135(5), (2023).  [DOI: 10.1016/j.jbiosc.2023.02.007]
    ヒトiPS細胞の浮遊懸濁培養中の細胞凝集体の動きを高速度カメラでトラッキングして加速度の時間平均を算出することで、浮遊懸濁培養の運転条件の最適化を行う手法を提案したものです。
  4. Ryotaro Kazama, Ryuta Sato, Hiroyuki Fujiwara, Yanfei Qu, Masaki Nakahata, Masaru Kojima, Satoshi Fujita, Shinji Sakai,Development of non-adherent cell-enclosing domes with enzymatically cross-linked hydrogel shell, Biofabrication, 15(1),015002 (2023) [DOI: 10.1088/1758-5090/ac95ce].
    浮遊細胞を培養するためのマイクロデバイスとして、セルドームを新たに提案し、その作製法を報告したものです。
  5. Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Wildan Mubarok, Shinji Sakai, Tuning the crosslinking and degradation of hyaluronic acid/gelatin hydrogels using hydrogen peroxide for muscle cell sheet fabrication, Soft Matter, 19, 5880 (2023) [DOI:10.1039/D3SM00560G].【Back Coverに採用】
    筋肉細胞シートを作製するための培養基材としてのヒアルロン酸、ゼラチンコンボジットゲルシートの特性制御を、過酸化水素を使った高分子の架橋と重合により行うというものです。
  6. Takashi Kotani, Wildan Mubarok, Takehito Hananouchi, Shinji Sakai, Horseradish peroxidase-mediated bioprinting via bioink gelation by alternately extruded support material, ACS Biomaterials Science & Engineering, 9(10) 5804–5812 (2023). [DOI:10.1021/acsbiomaterials.3c00996].【Coverに採用】
    細胞を含む柔らかな構造物を西洋わさび由来ペルオキシダーゼの酵素反応でインクのゲル化を行いながらバイオプリンティングするための新しい方法に関する成果です。

【Review article etc...】

  1. Tanveer Ahmad Mir, Makoto Nakamura, Shinji Sakai, Shintaroh Iwanaga, Shadil Ibrahim Wani, Alaa Alzhrani, Kenichi Arai, Bilal Ahmed Mir, Shadab Kazmi, Abdullah M Assiri, Dieter C Broering, Mammalian-specific decellularized matrices derived bioink for bioengineering of liver tissue analogues: A review, International Journal of Bioprinting, 9(3), 714, (2023) [DOI:10.1016/j.reth.2022.05.003]
    脱細胞化組織をインクとするバイオプリンティングに関するレビューです

2022

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Shinji Sakai, Takashi Kotani, Ryohei Harada, Ryota Goto, Takahiro Morita, Soukaina Bouissil, Pascal Dubessay, Guillaume Pierre, Philippe Michaud, Redouan El Boutachfaiti, Masaki Nakahata, Masaru Kojima, Emmanuel Petit, Cédric Delattre: Development of phenol-grafted polyglucuronic acid and its application to 3 extrusion-based bioprinting inks, Carbohydrate Polymers, 277(1), 118820 (2022).  [DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118820]
    ポリグルクロン酸をバイオメディカル分野に応用するにあたって必要となる誘導体の開発および、その誘導体の3Dバイオプリント用インクとしての有用性を報告したものです。
  2. Ayla Hassani, Ali Baradar Khoshfetrat, Reza Rahbarghazi, Shinji Sakai; Collagen and nano-hydroxyapatite interactions in alginate-based microcapsule provide an appropriate osteogenic microenvironment for modular bone tissue formation, Carbohydrate Polymers, 277(1), 118807 (2022). [DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118807]
    コラーゲンを含むアルギン酸ゲルにハイドロキシアパタイトナノ粒子を混合することで骨芽細胞の骨分化が促進されることを報告したものです。Aylaさんが当研究室に留学中に行った研究成果が含まれます。
  3. Wildan Mubarok, Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Masaki Nakahata, Masaru Kojima, Shinji Saka; Modulation of cell cycle progression by hydrogen peroxide-mediated cross-linking and degradation of cell-adhesive hydrogels, Cells, 11(5),881 (2022).  [DOI: 10.3390/cells11050881]
    過酸化水素を使って作製されるゲル上において、架橋・分解の程度により細胞分裂と細胞周期が影響を受けることを報告したものです。
  4. Masahiro Kawakami, Masaru Kojima, Yuma Masuda, Yasushi Mae, Takato Horii, Takayuki Nagai, Masaki Nakahata, Shinji Sakai, Tatsuo Arai; Automated microhand system for measuring cell stiffness by using two plate end-effectors, IEEE Robotics and Automation Letters, 7(2), 2385-2390 (2022). [DOI: 10.1109/LRA.2022.3143296]
    単一細胞の剛性を効率的に計測することを可能とする自動化されたシステムを開発し、その評価を報告したものです。
  5. Masaki Nakahata, Naoki Tominaga, Keishi Saito, Keita Nishiyama, Yuya Tanino, Kiyoshiro Saiki, Masaru Kojima, Shinji Sakai, A bio-synthetic hybrid hydrogel formed under physiological conditions consisting of mucin and a synthetic polymer carrying boronic acid, Macromolecular Bioscience, 22, 2200055(2022).  [DOI: 10.1002/mabi.202200055]
    糖タンパク質ムチンと相互作用するボロン酸を有する合成高分子とを用いた、生理的条件下で形成されるハイブリッドヒドロゲルの開発に関するものです。
  6. Kotoko Furuno, Keiichiro Suzuki, Shinji Sakai, Gelatin nanofiber mats with Lipofectamine/plasmid DNA complexes for in vitro genome editing, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 216, 112561 (2022).  [DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112561]
    静電紡糸法により得られるゼラチンのナノファイバーを用いて、動物細胞の遺伝子操作・ゲノム編集が行えたことを報告したものです。
  7. Shinji Sakai, Takahiro Morita, One-step FRESH bioprinting of low-viscosity silk fibroin inks, ACS Biomaterials Science & Engineering, 8(6), 2589-2597 (2022).  [DOI: 10.1021/acsbiomaterials.2c00269]
    未修飾かつ増粘成分の添加無しの低粘度シルクフィブロイン溶液（通常は3Dプリントに適さない粘度）を3Dバイオプリンティングインクとして用い構造物を造形することに成功したことを報告したものです。
  8. Wildan Mubarok, Masaki Nakahata, Masaru Kojima, Shinji Sakai, Nematode surface functionalization with hydrogel sheaths tailored in situ, Materials Today Bio, 15, 1000328 (2022).  [DOI: 10.1016/j.mtbio.2022.100328]
    線虫の表面に機能的なゲルスーツを着せることで、線虫の走化性を利用して薬剤を含むさまざまな物質を対象箇所に届けるLiving Drug Delivery Systemという新しいコンセプトを提案したものです。
  9. Wildan Mubarok, Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Shinji Saka; Tuning myogenesis by controlling gelatin hydrogel properties through hydrogen peroxide-mediated cross-linking and degradation, Gels, 8(6), 387 (2022) [DOI: 10.3390/gels8060387].
    西洋わさび由来ペルオキシダーゼの酵素反応を経て得られるゼラチンについて、ゲル化に必要な過酸化水素の供給が同時にゼラチン分子を分解させます。この現象が筋芽細胞の分化などの細胞挙動に与える影響を明らかにしました。
  10. Ryotaro Kazama, Satoshi Fujita, Shinij Sakai, Cell Dome as an evaluation platform for organized HepG2 cells, Cells, 12(1), 69 (2022) [DOI:110.3390/biom12111638].
    セルドーム内でHepG2細胞を培養すると、中心部に薬剤耐性が向上する低酸素領域を有する半球状のスフェロイド様3次元組織を形成し、中心部をガラス面に接着させた半球状の組織体であることから、中心部の細胞の観察も容易であることを報告したものです。DDSや創薬分野への寄与が期待されます。
  11. Kotoko Furuno, Keiichiro Suzuki, Shinji Sakai,Gelatin-based Electrospun Nanofibers Cross-linked using Horseradish Peroxidase for Plasmid DNA Delivery, Biomolecules, 12(11), 1638 (2022) [DOI:110.3390/biom12111638].
    静電紡糸したゼラチンのナノファイバーをペルオキシダーゼの酵素反応で不溶化した後に、プラスミドDNAを担持してその上で培養する細胞に対して遺伝子導入を行うことに成功したというものです。
  12. Kelum Chamara Manoj Lakmal Elvitigala, Wildan Mubarok, Shinji Sakai, Human Umbilical Vein Endothelial Cells on Hydrogels with Different Stiffness and Degradation Degree of Hyaluronic Acid, Polymers, 14(22), 5034 (2022) [DOI:10.3390/polym14225034].
    気相から供給する過酸化水素によりヒアルロン酸とゼラチンのコンポジットゲルの架橋と分解うと、ある条件でヒトの血管内皮細胞がゲル上でネットワーク構造を形成することを明らかにしたものです。
  13. Ryota Goto, Masaki Nakahata, Shinji Sakai, Phenol-Grafted Alginate Sulfate Hydrogel as an Injectable FGF-2 Carrier, Gels, 8(12), 818 (2022) [DOI:10.3390/gels8120818].
    フェノール性水酸基と硫酸基を化学修飾した褐藻類由来の多糖であるアルギン酸は、血管新生・組織再生を誘導するサイトカインであるbFGFを生体内で徐放できるインジェクタブルゲル材料として有用であることを明らかにしました。

【当研究室のメンバーの共同研究論文】

  1. 花之内健仁、松岡連太郎、青木僚汰、境慎司; 3Dバイオプリンタを用いた超音波検査用ゼリーの粘性評価, 整形外科, 73(2), 151-154 (2022).
    3Dプリントにより超音波検査用のゼリーの粘性評価を行うことができることを報告したものです。
  2. 花之内 健仁, 松岡 連太郎, 青木 僚汰, 森田 崇裕, 境 慎司; 空気圧押し出し式3Dバイオプリンタを用いた超音波ゼリーの試用バイオインクとしての印刷評価, 日本機械学会論文集, 印刷中.
    超音波検査用のゼリーが3Dプリントのインクのモデルとして利用できることを示した論文です。
  3. Adithya Nair, Ikki Horiguchi, Kazuhiro Fukumori, Masahiro Kino-oka;Development of instability analysis for the filling process of human-induced pluripotent stem cell products, Biochemical Engineering Journal, 185, 108506 (2022). [DOI: 10.1016/j.bej.2022.108506]
    教師あり機械学習アルゴリズムの一つであるIsolation Forestを使用して、細胞製品の品質指標の外れ値を検出、工程の不安定性を評価する方法を提案した論文です。
  4. Ayla Hasani, Çığır Biray Avci, Hassan Amini, Sajed Nazif Kerdar, Meisam Amini, Mahdi Ahmadi, Shinji Sakai, Bakiye Goker Bagca, Neslihan Pınar Ozates, Reza Rahbarghazi, Ali Baradar Khoshfetrat; Interaction of alginate with nano-hydroxyapatite-collagen using strontium provides suitable osteogenic platform, Journal of Nanobiotechnology, 20, 310 (2022). [DOI:10.1186/s12951-022-01511-9].
    ハイドロキシアパタイトナノ粒子を含むストロンチウム架橋アルギン酸の骨再生材料としての有用性を報告した論文です。
  5. Shintaroh Iwanaga, Yuta Hamada, Yoshinari Tsukamoto, Kenichi Arai, Taketoshi Kurooka, Shinji Sakai, Makoto Nakamura; Designing and fabrication of mature engineered pre-cardiac tissue utilizing 3D Bioprinting technology and enzymatically crosslinking hydrogel, Materials, 15(22), 7928 (2022). [DOI:10.3390/ma15227928].
    富山大学の中村教授の研究グループとの共同研究に関する論文で、HRP酵素反応でゲル化するインクを用いて3Dプリントした構造体に心筋細胞を播種することで、優れた拍動を示す構造体を得られたというものです。

【Review article etc...】

  1. Atsunori Tsuchiya, Shuji Terai, Ikki Horiguchi, Yasuhiro Homma, Atsuhiro Saito, Norimasa Nakamura, Yoji Sato, Takahiro Ochiya, Masahiro Kino-oka, Working Group of Attitudes for Preparation and Treatment of Exosomes of Japanese Society of Regenerative Medicine, Basic points to consider regarding the preparation of extracellular vesicles and their clinical applications in Japan, Regenerative. Therapy, 21, 19-24 (2022). [DOI:10.1016/j.reth.2022.05.003]
    エクソソームを用いた治療やその調製方法における注意点やそれを踏まえた研究開発の進め方を提言としてまとめた論文です。
  2. 境 慎司, 粉谷 聖, Wildan Mubarok, バイオプリンティング技 術の組織工学・再生医 療への応用; バイオマテリアル－生体材料－, 40(4),.284-289(2022)
    日本バイオマテリアル学会の学会誌の特集号に執筆した3Dバイオプリンティングに関する総説です。

2021

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Wildan Mubarok, Yanfei Qu, Shinji Sakai; Influence of hydrogen peroxide-mediated cross-linking and degradation on cell-adhesive gelatin hydrogels, ACS Applied Bio Materials, 4(5), 4184–4190 (2021). [DOI: 10.1021/acsabm.0c01675]
    HRPと過酸化水素を用いるゲル化では、副次的にゲルの分解が生じ、それによって細胞の振る舞いを制御できる可能性があることを報告したものです。
  2. Mitsuyuki Hidaka, Masaru Kojima, Masaki Nakahata and Shinji Sakai; Visible light-curable chitosan ink for extrusion-based and vat polymerization-based 3D bioprintings, Polymers, 139(9), 1382 (2021).  [DOI: 10.3390/polym13091382]
    3Dバイオプリントの主要な方式であるExtrusion式とvat polymerizaiton式（stereolithography式）のいずれにも使用可能な可視光硬化型のキトサンインクを開発しました。このインクで作られる構造物は、キトサンの特徴である生分解性と抗菌性を持ちます。
  3. Shinji Sakai, Ryohei Harada, Takashi Kotani; Freeform 3D bioprinting involving ink gelation by cascade reaction of oxidase and peroxidase: A feasibility study using hyaluronic acid-based ink, Biomolecules, 11(12), 1908 (2021) [DOI: 10.3390/biom11121908].
    キタンサンガムをサポート材として用いて行うFreeform bioprintingにおいて、ペルオキシダーゼとオキシダーゼのカスケード酵素反応によりインクを固化させながら3Dバイオプリンティングを行う方法を開発し、その有効性をヒアルロン酸インクを用いて実証したものです。

【Review article etc...】

  1. 境慎司：バイオプリンティングってどう？，生物工学会誌，99巻（6号），298-301 (2021)  [DOI: 10.34565/seibutsukogaku.99.6_298]
    バイオプリンティングに関する実際の事情について説明したものです
  2. 境慎司：バイオプリンティング技術の開発動向，月刊BIO INDUSTRY，38巻（10号） (2021)
    月刊誌にてバイオプリンティング技術の開発動向に関する特集号を監修しました。
  3. 境慎司：酵素反応をつかった3Dバイオプリンティング，月刊BIO INDUSTRY，38巻（10号） (2021)
    酵素反応を使ったバイオプリンティングに関する解説です。
  4. 小嶋勝：光架橋反応を用いたバイオプリンティング技術，月刊BIO INDUSTRY，38巻（10号） (2021)
    光架橋反応を使ったバイオプリンティングに関する解説です。

2020

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Enkhtuul Gantumur, Miyu Kimura, Masahito Taya, Masanobu Horie, Makoto Nakamura, Shinji Sakai; Inkjet micropatterning through horseradish peroxidase-mediated hydrogelation for controlled cell immobilization and microtissue fabrication, Biofabrication, 12, 011001 (2020). [DOI: 10.1088/1758-5090/ab3b3c]
    酵素反応によりゲル化するとともに酵素反応により分解できる独自のインクを用いたインクジェットプリンティングシステムによる細胞パターニングとマイクロ組織の作製に関する成果です。本研究は、富山大学（中村真人 先生）、京都大学（堀江正信 先生）との共同研究のもと実施されました。
  2. Enkhtuul Gantumur, Masaki Nakahata, Masaru Kojima, Shinji Sakai; Extrusion-Based Bioprinting Through Glucose-Mediated Enzymatic Hydrogelation, Internatinoal Journal of Bioprinting, 6, 43-52 (2020). [DOI: 10.18063/ijb.v6i1.250]
    過酸化水素を直接添加せずにグルコースの作用を利用して西洋わさび由来ペルオキシダーゼが触媒するゲル化反応を行わせる方法をこれまで報告してきました。本論文では、この方法を適用した3Dバイオプリンティングが可能であることを実証しました。
  3. Kotoko Furuno, Jing Wang, Keiichiro Suzuki, Masaki Nakahata, Shinji Sakai; Gelatin-based electrospun fibers insolubilized by horseradish peroxidase-catalyzed crosslinking for biomedical applications, ACS Omega,5(33), 21254-21259 (2020). [DOI: 10.1021/acsomega.0c03164]
    西洋わさび由来ペルオキシダーゼ酵素を含有したナノファイバーを静電紡糸法で作製した後に、過酸化水素を含有する空気にさらすことで、ナノファイバーを不溶化する技術を開発し、細胞培養に使用可能なゼラチンナノファイバー不織布を作製しました。
  4. Shinji Sakai, Ayano Yoshii, Shunsuke Sakurai, Kazuki Horii, Osamu Nagasuna; Silk fibroin nanofibers: A promising ink additive for extrusion 3D bioprinting, Materials Today Bio, 8, 100078 (2020). [DOI: 10.1016/j.mtbio.2020.100078]
    シルクは、安全性の高い材料として医療分野で使用されています。本論文では、細胞を含む３次元構造体を造形する押し出し式3Dバイオプリンティングにて造形性を高めるためのインク添加剤として、シルクナノファイバーの有用性を示したものです。シルクの新たな可能性を広げる研究成果です。

【当研究室のメンバーの共同研究論文】

【Review article etc...】

  1. 小嶋勝, 境慎司：バイオ3D プリンティング技術の現状と展望（特集：Additive Manufacturing技術の現在II），化学工学，84巻（5号），228-231 (2020)
    さまざまな方式の3Dバイオプリンターについて、最近の状況も含めてその概要を紹介したものです。

2019

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Mehdi Khanmohammadi, Shinji Sakai, Masahito Taya; Characterization of encapsulated cells within hyaluronic acid and alginate microcapsules produced via horseradish peroxidase-catalyzed crosslinking, Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 30, 295-307 (2019). [DOI: 10.1080/09205063.2018.1562637]
    ヒ アルロン酸とアルギン酸をそれぞれ皮膜とするマクロカプセル内の細胞の挙動の違いに関する報告です。
  2. Enkhtuul Gantumur, Shinji Sakai, Masaki Nakahata, Masahito Taya; Horseradish peroxidase-catalyzed hydrogelation consuming enzyme-produced hydrogen peroxide in the presence of reducing sugars, Soft Matter, 15, 2163-2169 (2019). [DOI: 10.1039/C8SM01839A]
    西 洋わさび由来ペルオキシダーゼを使ってフェノール性水酸基同士を架橋する際には、通常、過酸化水素が必要です。この論文では、過酸化水素の添加を行うこと なく還元糖と西洋わさび由来ペルオキシダーゼ中にあるチオール基から生成する過酸化水素を使って架橋を行わせるという、以前ACS Macro Letters誌に報告した新しいアプローチ(ACS Macro Letters, vol.6, p.485-488, 2017)についての詳細を検討したものです。Back Coverとしても紹介されています。
  3. Shinji Sakai,Hiromi Ohi, Masahito Taya;Gelatin/Hyaluronic Acid Content in Hydrogels Obtained through Blue Light-Induced Gelation Affects Hydrogel Properties and Adipose Stem Cell Behaviors, Biomolecules, 9(8), 342 (2019). [DOI: 10.3390/biom9080342]
    青 色光の照射によりインクを固めながら造形する3Dバイオプリンティングに関連する研究成果で、キトサンとヒアルロン酸の誘導体の配合比を制御することで操 作可能なゲルの物性および、ゲルの内部に包括されたヒト脂肪由来繊維芽細胞の未分化性維持にその配合比が与える影響を明らかにしました。

【当研究室のメンバーの共同研究論文】

【Review article etc...】

  1. Masaki Nakahata and Shinji Sakai: Cross-linking building blocks using a “boronate bridge” to build functional hybrid materials, ChemNanoMat, 5, 141-151 (2019). [DOI: 10.1002/cnma.201800435]
    ボ ロン酸を用いた機能性ハイブリッド材料の構築に関する最近の研究成果をまとめた総説です。Cover featureとしても紹介されています。
  2. Chia Tai, Soukaina Bouissil, Enkhtuul Gantumur, Mary Stephanie Carranza, Ayano Yoshii, Shinji Sakai, Guillaume Pierre, Philippe Michaud, Cédric Delattre;Use of Anionic Polysaccharides in the Development of 3D Bioprinting Technology, Applied Sciences, 9(13), 2596 (2019). [DOI: 10.3390/app9132596]
    フ ランスのグループとの国際共同研究の一環として、アニオン性多糖を用いた3Dバイオプリンティングについてまとめたものです。出版社の販売ページはこちら
  3. 境慎司 (監修), バイオ3Dプリント関連技術の開発と応用 -Development and Application of 3D Bio Printing Technology-, シーエムシー出版 (2019).
    シー エムシー出版のバイオテクノロジーシリーズの書籍で全269ページ、24名の著者にご協力頂いたものです。本書は、バイオ3Dプリンティングに関する、そ してバイオ3Dプリンティングにつながるプリンタやインク材料、インクを固めるための方法などを紹介しています。またバイオ3Dプリンティング研究に携わ る方々に最新の情報を提供することを目的としました。出 版社の販売ページはこちら

2018

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Shinji Sakai, Kohei Ueda, Enkhtuul Gantumur, Masahito Taya, Makoto Nakamura; Drop-on-drop multimaterial 3D bioprinting realized by peroxidase-mediated cross-linking, Macromolecular Rapid Communications, 39, 1700534 (2018). [DOI: 10.1002/marc.201700534]
    細 胞へのポジティブな効果はあまり期待できないにも関わらず広く用いられているアルギン酸を使うことなく、世界に先駆けてさまざまな材料からインクジェット プリンタを用い細胞を含む3次元構造体を作製できる方法を開発しました。ゼラチン、ヒアルロン酸などさまざまな材料を使用できます。
  2. Masaki Nakahata, Enkhtuul Gantumur, Kotoko Furuno, Shinji Sakai and Masahito Taya: Versatility of hydrogelation by dual-enzymatic reactions with oxidases and peroxidase, Biochem. Eng. J., 131, 1-8 (2018). [DOI: 10.1016/j.bej.2017.12.003]
    様 々な基質を酸化して過酸化水素を生成するオキシダーゼと、生成された過酸化水素を用いて高分子の架橋を触媒する西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼの二種類の 酵素を用いて細胞に穏和なゲルを得る手法が、以前に報告したグルコースオキシダーゼ (RSC Adv. 2012) 以外のオキシダーゼにも適用可能な一般性を有していることを示しました。
  3. Shinji Sakai, Hidenori Kamei, Toko Mori, Tomoki Hotta, Hiromi Ohi, Masaki Nakahata and Masahito Taya: Visible light-induced hydrogelation of an alginate derivative and application to stereolithographic bioprinting using a visible light projector and acid red, Biomacromolecules, 19, 672–679 (2018). [DOI: 10.1021/acs.biomac.7b01827]
    市販のプロジェクターを使って造形する数万円程度の光造形プリンターで、細胞が入ったヒドロゲルを細胞の生存を維持したまま作製する技術を開発しました。 広く検討が行われている押し出し式のプリンタに比べて、3次元的に流路が配置された血管用流路を含有する構造体の作製などに威力を発揮します。また、本研究は、大阪大学SEEDSプログラムの高校生も加わって得られた成果です。
  4. Shinji Sakai, Kei Mochizuki, Qu Yanfei, Matthew Lincoln Mail, Masaki Nakahata and Masahito Taya: Peroxidase-catalyzed microextrusion bioprinting of cell-laden hydrogel constructs in vaporized ppm-level hydrogen peroxide, Biofabrication, 10, 045007 (2018). [DOI: 10.1088/1758-5090/aadc9e]
    フェノール性水酸基を有する高分子を含むバイオインクを用いた押し出し式3Dバイオプリンティングにおいて、ゲル化に必要な過酸化水素を蒸気のかたちで供 給することでHRPを使ったゲル化をバイオプリンティングに応用できる新しい方法の開発に成功しました。

【当研究室のメンバーの共同研究論文】

【Review article etc...】

  1. 中畑雅樹：機能性ヒドロゲルの最前線，生物工学会誌，96巻（5号）， 271，2018.

2017

【当研究室のメンバーが主たる役割を果たした論文】

  1. Shinji Sakai, Yusuke Yamamoto, Gantumur Enkhtuul, Kohei Ueda, Kenichi Arai, Masahito Taya and Makoto Nakamura, Inkjetting plus Peroxidase-Mediated Hydrogelation Produces Cell-Laden, Cell-Sized Particles with Suitable Characters for Individual Applications, Macromolecular Bioscience, 17, 1600416 (2017).
    イ ンクジェット法と西洋わさび由来ペルオキシダーゼによる酵素反応によるゲル形成を組み合わせることで、細胞を包括した細胞とほぼ同じ大きさのゲル粒子を、 用途に応じたさまざまな材料から水溶液を水溶液に滴下するだけの簡単なプロセスで作製できる方法の開発に成功しました。
  2. Mehdi Khanmohammadi, Shinji Sakai, Masahito Taya; Impact of immobilizing of low molecular weight hyaluronic acid within gelatin-based hydrogel through enzymatic reaction on behavior of enclosed endothelial cells, International Journal of Biological Macromolecules, vol.97, p.308-316, 2017.
    低 分子量化したヒアルロン酸を酵素反応を用いてゲルに固定すると、そのゲルの中で血管内皮細胞の遊走性などの細胞挙動が変化することを見いだしたものです。
  3. Gantumur Enkhtuul, Shinji Sakai, Masaki Nakahata, Masahito Taya; Cytocompatible enzymatic hydrogelation mediated by glucose and cysteine residues, ACS Macro Letters, vol.6, p.485-488, 2017.
    フェ ノール性水酸基を修飾した高分子と西洋わさび由来ペルオキシダーゼ、グルコースの三種類を混合するだけで系をゲル化できる新しいゲル化方法を発見しまし た。得られたゲル内で細胞の培養が可能であることも示されており、今後の応用が期待される成果です。
  4. Mehdi Khanmohammadi, Shinji Sakai, Masahito Taya; Fabrication of single and bundled filament-like tissues using biodegradable hyaluronic acid-based hollow hydrogel fibers, International Journal of Biological Macromolecules, vol.104, p.204-212, 2017.
    ヒアルロン酸から細胞の生存を損なわずに中空構造のヒドロゲルファイバーを作製することに成功し、そのなかで細胞を繊維状に育てました。また、ファイバーの 表面を他の細胞で覆ったあとに、ファイバーを分解することで、別の細胞で覆われた細胞繊維を作ることにも成功しました。さらに、ヒアルロン酸ヒドロゲル ファイバーの束を作製し、細胞を育てたあとに分解することで、細胞繊維が束状になった組織を作り出すことにも成功しました。人工的な筋肉組織の構築などへ の利用が期待できる技術です。
  5. Yasuhiro Shiraishi, Naoto Hayashi, Masaki Nakahata, Shinji Sakai, Takayuki Hirai;Naphthalimide-coumarin conjugate: Ratiometric fluorescent receptor for self-calibrating quantification of cyanide anion in cells, RSC Advances, vol.7, p.32304-32309, 2017.
    細 胞中のシアン化物イオンのレシオメトリック検出に利用できるプローブ分子に関する平井研究室との研究成果です。
  6. Shinji Sakai, Hiromi Ohi, Tomoki Hotta, Hidenori Kamei, Masahito Taya; Differentiation potential of human adipose stem cells bioprinted with hyaluronic acid/gelatin-based bioink through micro-extrusion and visible light-initiated crosslinking, Biopolymers, e23080, 2017.
    可 視光と微小押し出し式バイオプリンタをつかってヒアルロン酸とゼラチンからなるゲル構造物中でヒト脂肪由来肝細胞を未分化性を保ったまま培養できることを 明らかにしました。

【当研究室のメンバーの共同研究論文】

【Review article etc...】

  1. Shinji Sakai, Masaki Nakahata; Horseradish peroxidase-catalyzed hydrogelation for biomedical, biopharmaceutical, and biofabrication applications, Chem Asian J, 12(24):3098-3109, 2017. (Focus Review)
    西 洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)を触媒としたヒドロゲル形成法とその生物医学、生物薬剤学、バイオファブリケーシ