【研究領域課題番号】18H02100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

幹細胞分化調節 / 天然化合物 / 天然小分子 / 作用メカニズム / 幹細胞 / 分化 / 3次元培養 / 小分子 / 分化調節

【研究成果の概要】

本研究では、発生期の分化途上にある多様な細胞種間の相互作用について、ES細胞から誘導した前駆細胞を使った複数の分化誘導系を組み合わせた3次元培養系を構築して、細胞分化に影響を及ぼす化合物の探索を行うとともに、それら化合物が各分化過程に及ぼす影響を多面的に解析した。
本研究を通して、マウスES細胞から誘導したFlk1+細胞（心血管系前駆細胞）および神経幹細胞を用いて、複合的３次元（オーガノイド）培養系の条件検討を行い、アッセイ系として構築した。食品抽出物ライブラリー（96サンプル）について、本系を用いたスクリーニングを行い、分化促進活性が認められた48食品サンプルから活性本体の精製を試みた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】分析化学

【研究領域課題番号】24350037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

幹細胞 / マイクロパタン / 三次元培養 / 分泌液 / secretome / 合成高分子 / 酵素 / 分化 / 細胞チップ / マイクロ / 判別分析 / 高分子 / ポリｲｵﾝコンプレックス / バイオセンサー / 肝毒性評価 / 創薬 / バイオ界面

【研究成果の概要】

マイクロパタン培養を利用する三次元培養法を脂肪幹細胞に適用した。その結果、単層培養系における分化誘導と比較して骨芽細胞への分化が大幅に促進されることを見出した。さらに、創傷治療関連タンパク質の分泌量が大幅に向上する現象を見出した。細胞分泌液のタンパク質組成をパターン化するため、酵素と合成高分子のポリｲｵﾝコンプレックス分子ライブラリーを新規に構築し、細胞から分泌される成分の判別分析法を確立した。本手法により、幹細胞の未分化/分化状態を非侵襲で判別する事が可能となった。以上の成果を融合することで薬剤探索を支援する細胞チップの基盤を構築する事に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】21390365 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肝再生 / 肝幹・前駆細胞 / 細胞移植 / 増殖 / 分化 / 肝組織形成 / 肝発生 / 人工肝臓 / 小型肝細胞 / 成熟化 / CD44 / 胆管形成 / 3次元培養 / 肝臓 / 幹・前駆細胞 / 移植 / 組織形成 / 再生医学 / 遺伝子導入 / 組織化 / 細胞相互作用

【研究成果の概要】

肝前駆細胞である小型肝細胞を増産する手法の開発とin vitroにおける肝組織化とその移植方法の確立を目的に研究を行った。小型肝細胞は成熟肝細胞とは異なりFollistatin/Activin系により増殖が制御されていることがわかった。幹細胞であるOval細胞は小型肝細胞を介して肝細胞に分化するが、十分に成熟化することはできず、移植しても長期間生着し続けることはできず細胞老化に陥る。その結果は、肝幹・前駆細胞は一時的に肝機能を補助する細胞としての働きをしていることを示唆する。また、小型肝細胞、星細胞、血管内皮細胞を用いた類洞再構築モデルを確立し、星細胞が血管構築と肝細胞分化を制御していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】外科系歯学

【研究領域課題番号】18659593 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植・再生医療 / 軟骨 / 増殖 / 足場素材 / 軟骨再生 / 軟骨細胞 / 三次元培養 / 分化 / 生分解性ポリマー

【研究成果の概要】

口腔・顎顔面の軟骨再生医療を広く普及させるため、吸収性ポリマー製造技術と中空糸製造技術を応用し、3次元増殖培養装置と非侵襲評価装置の機能を有する軟骨再生のための新規足場素材の開発を行った。吸収性ポリマー製中空糸による軟骨細胞増殖培養システムの検討としては、中空糸モジュールを用いた軟骨細胞の3次元培養において増殖状態を評価した。前年度に最適化した0.3%コラーゲンゲルを用いて中空糸モジュールでヒト軟骨細胞を増殖したところ、一回の培養で10倍増以上の良好な細胞増殖と細胞収量を得ることが出来きた。培養中、コラーゲンゲルの収縮がみられたものの、収縮分の体積で補正すると十分な細胞密度を得ることができた。吸収性ポリマー製中空糸の移植用足場素材への応用に関しては、様々な構造を有する吸収性ポリマー製の立体格子型足場素材を製造し、その力学的強度ならびに気孔率を評価した。その結果、ファイバー径1.0mm、開口径2.0mmの立体格子型足場素材がヤング率15MPa、気孔率90%と目標値に近い値を示した。本足場素材とヒト軟骨細胞を用いて再生軟骨を作製し、ヌードマウスに移植したところ、II型コラーゲンやプロテオグリカンの発現・集積が見られる良好な再生軟骨を得た。吸収性ポリマー製中空糸を用いた再生組織非侵襲評価法の開発では、吸収性ポリマーとして代表的な乳酸系ポリマー製の立体格子型足場素材を作製し、X、Y軸方向のファイバーから光源をいれて、Z軸方向のファイバーを受光ファイバーとした光学系を構築し、その光学性能を検討し、原理的な可能性を実証した。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】整形外科学

【研究領域課題番号】16390431 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノテクノロジー / 再生医療 / 軟骨細胞 / ハイドロゲル / 液性因子 / 三次元培養 / 増殖 / 分化

【研究成果の概要】

軟骨は運動・支持組織の主要な構成組織であり、外傷、加齢性疾患などの様々な疾患により障害をうける軟骨の再生、再建は、整形外科学のみならず現代医学の最重要課題の一つとなっている。軟骨再生医療は徐々に成果を挙げつつあるも、広範に軟骨が欠如している変形性関節症や、顎顔面先天異常などの他科疾患に広く応用するためには、in vitroで、3次元構造を有する再生軟骨を作る必要がある。一方、近年、必要な分子組成あるいは分子構造を人工的に合成し、高機能高分子化合物を創製するナノ分子技術が飛躍的な発展を遂げている。本研究では、ナノ分子技術を応用し、患者由来の軟骨細胞をin vitroで大量増殖させ、3次元形態を有する再生軟骨を作製することを目的として、ナノ分子技術を応用した増殖および分化培養法の確立、ならびに再生軟骨の機能化と性能評価を行った。
培養中に生じる軟骨細胞の脱分化現象を防止するためには3次元培養が有効である。しかし、軟骨細胞の3次元大量培養法は報告例がない。本研究では、ナノファイバーである中空糸を導入し、3次元大量培養装置の開発を試み、その基盤技術を確立した。また、軟骨細胞増殖培養に伴って生じる細胞の脱分化という問題に対処すべく、脱分化型軟骨細胞を再分化させるための液性因子の組み合わせを網羅的に検索したところ、BMP-2とinsulin、甲状腺ホルモン(T3)の組合せ(BIT)が理想的な再分化誘導法であることを見出した。軟骨細胞の増殖・分化に必要な足場素材に関しても、感染の危険性のない新規合成ペプチドの使用を検討した。さらに、遺伝子導入に使用する機能化ナノミセル構造体に関しても、検討を進め、軟骨再生への応用を試みた。いずれも、近年急速に進歩したナノ分子技術の成果をいち早く再生医学に導入し、医工の融合により、実現が望まれている軟骨再生を試み、大きな成果を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】14,400千円 (直接経費: 14,400千円)