【研究分野】ナノマイクロシステム

【研究領域課題番号】16H06329 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞ファイバ技術 / マイクロデバイス / MEMS / 組織工学 / 三次元組織 / 臓器チップ / 移植 / マイクロ・ナノデバイス / ナノバイオ / 移植・再生医療 / 再生医学 / 細胞・組織 / バイオセンサ / バイオロボティクス / 再生医工学 / ナノマイクロバイオシステム / 細胞・組織工学材料 / ナノマイクロシステム

【研究成果の概要】

基礎的成果としては、細胞ファイバの形状制御やプリンティングへの応用など、これまでの製造方法を拡張した。また、種々の細胞によって経験的に作製していた条件を一般化し、培養環境によるデータベース化した。応用展開としては、筋ファイバがアクチュエータとして利用可能であることを示し、バイオロボティクスなど新たな展開を開拓した。また、レンコン状のファイバによって、1年後も癒着なく取り出せる移植片として応用できることを示すなど、細胞ファイバを用いた新たな工学の基盤となる成果を上げた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】188,370千円 (直接経費: 144,900千円、間接経費: 43,470千円)

【研究分野】小児外科学

【研究領域課題番号】16H02682 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

幹細胞 / 再生医療 / 腸管蠕動不全 / 移植・再生医療 / 再生医学 / 細胞・組織 / 歯学 / 小児外科学 / 再生医療学 / 乳歯幹細胞学 / 細胞移植 / 組織工学 / 指定難病 / ヒルシュスプルング病 / ヒルシュスプルング病類縁疾患 / 乳歯幹細胞

【研究成果の概要】

上記疾患群の中で予後不良である腸管神経節細胞僅少症(HYPO)に、第一にfocusをした。HYPOは腸管神経節細胞は存在するがその数が極めて少ない特徴を有す。同じく腸管神経細胞の減少を認めるマウス(JF1)を用いて、健常児由来の乳歯幹細胞(SHED)を投与した。結果、体重増加を得、その有効性を証明した。次に、HYPO患者由来のSHED(HYPO-SHED)の解析を行った。SHEDは間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell, MSC)であるが、HYPO-SHEDは、MSCに矛盾しない表現型を有していること、ならびに増殖能や造腫瘍性に関する解析を行った。

【研究の社会的意義】

SHEDはiPS細胞と比較し遺伝子導入が不要、作成効率が概ね100%、高い自己再生能、HLAの発現が低く拒絶を受けない点で優れ、さらに低侵襲かつ容易に採取可能である。また、歯髄の状態で凍結保存が可能であるため乳歯幹細胞のバンクをつくることができる。本基盤研究にて、健常児由来SHEDにおけるhypoに対する治療メカニズム・治療効果を詳細に解明した上で、hypo-SHEDの細胞の特性の解析に移行し、自家細胞移植の可能性を模索し、バンク化も目指す乳歯保存の基盤づくりを行った。このように実臨床における治療を視野に自家他家移植いずれも実現することを目標とできた本研究は大きな学術的、社会的意義を有する。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】47,450千円 (直接経費: 36,500千円、間接経費: 10,950千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】16H05405 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オルガノイド / 移植 / 門脈 / 他臓器移行 / 門脈内移植 / 3次元培養 / ヒトiPS細胞 / 中型動物 / 体内動態 / スフェロイド / 再生医学 / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 動物 / 発生・分化 / ブタ / iPS細胞

【研究成果の概要】

肝臓領域を中心としたオルガノイド研究が盛んに行われており、移植による新規治療法開発が期待されている。これまで肝細胞を経門脈的に移植する臨床試験が世界各国で報告されているが、オルガノイドを経門脈的に移植した報告は見られない。そこで今回ブタを用いて経門脈的に胎仔肝細胞由来肝オルガノイドおよびヒトiPS細胞由来肝オルガノイドの移植を行い、安全性検討を行った。移植による門脈圧上昇は一過性で全頭安全に移植を施行できた。肺、脳等の他臓器には組織移行は見られなかった。肝オルガノイドの経門脈移植は安全に施行可能であり、今後臨床試験を目指した開発を行っていく。

【研究の社会的意義】

肝オルガノイドの経門脈移植の安全性を確立することはiPS 細胞治療のみならず、今後の幹細胞を用いた再生医療にとって必要な基礎的データとなる。幹細胞移植による他臓器への細胞の迷入は大きな課題であり、肝芽移植によって迷入がなくなることが本研究で実証でき、再生医療の安全性の確保に繋がると考えられる。本研究成果は肝臓のみならず、他の臓器への経血管的なオルガノイド移植の安全性を示唆すると考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】医用システム

【研究領域課題番号】15H03039 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植・再生医療 / 細胞・組織 / マイクロ・ナノデバイス / 組織構築物 / 凍結保存 / 凍結保護剤 / 機能評価 / システム / 再生医療 / 移植医療

【研究成果の概要】

本研究では、①DMSOフリー新規凍結保存液、②凍結保存用培養デバイス、③凍結装置の開発を行った。①DMSOの細胞毒性、および動物由来原料の抗原性変化や病原体混入の可能性等の課題を解決すべく、ヒト組織由来細胞に有効なDMSO-血清フリー細胞凍結保存液の組成を見出した。②3D培養デバイスTASCLを用いて、均一な大きさのヒト組織由来幹細胞・組織構築物を大量に創製すると共に、有効な保存液組成の決定からガラス化凍結に成功した。③細胞の凍結を制御するために、スターリングエンジンによる凍結装置の開発、および凍結条件の最適化に成功した。以上より、再生・移植医療用細胞・組織構築物の凍結保存システムを構築した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】22650108 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織工学 / マクロ組織極性 / 移植・再生医療 / 再生医学 / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 肝細胞 / 胆管上皮細胞 / 球状凝集体 / 胆管 / 組織工学 / 極性 / スフェロイド / 胆管ネットワーク

【研究成果の概要】

機能的胆管ネットワークを保持した肝組織構築を最終目的として,ラット胎児肝細胞とラット成熟胆管上皮肝細胞からなる三次元球状凝集塊を,invitroで形成させたところ,後者を前者の3倍混合した凝集体で,連続的かつ機能的な胆管ネットワークが凝集塊全体に形成されることを確かめた.さらに,形成した球状凝集塊を,マトリゲルに浸したポリ乳酸不織布担体に包埋して免疫不全マウスの腸管膜上に移植したところ,胆管上皮細胞への分化能力を持つ胎児肝細胞の凝集塊では胆管構造が全く形成されなかったのに対し,invitroで成熟胆管上皮細胞を混合した凝集塊では,胆管ネットワーク構造が安定的に維持された.以上,成熟した胆管上皮細胞の存在が胆管ネットワーク形成に極めて重要な役割を果たすことを明らかとした.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】3,440千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 540千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】22246101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

医用化学工学 / マルチスケール血管網配備 / 膵島 / 肝 / 三次元造形 / 人工赤血球 / 肝組織 / 流路ネットワーク / 組織ユニット / 移植 / 再生医療 / 組織工学 / 細胞 / 生物・生体プロセス / 再生医学 / 組織 / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生物・生体工学

【研究成果の概要】

移植用の膵島や肝組織の人工的構築の方法論確立を目標として，細胞の三次元化とマルチスケール物質交換性の確保の視点から，細胞組織体を高密度にランダム充填する小チャンバーと，それらに培養液・血液を均一に分配するマクロ流路構造を持つ担体構造を提案，レーザー焼結積層造形法によって担体を作成した．細胞組織体として肝細胞凝集体を固定化した灌流培養では，長期に安定した高機能を得た．さらに組織構築用に細胞への毒性が少ないヘモグロビンを利用する人工赤血球の開発に成功した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】22591835 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植・再生医療 / 細胞・組織 / 発生・分化

【研究成果の概要】

マウス卵形成による遺伝子発現変化を、7日齢マウスからの未熟卵子、およびこれを体外成熟させたMII卵子、そして成熟マウスから得た体内成熟MII卵子各5個由来の遺伝子をサンプルとして、RiboSPIA法による増幅後のマイクロアレイ解析を行い、各群が独立した3つのグループにわかれることがあきらかになった。さらにこの結果をRiboSPIA法による増幅産物を用い、次世代シークエンサーで確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】歯科医用工学・再生歯学

【研究領域課題番号】22791938 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオ関連機器 / 再生医学 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / 移植・再生医療

【研究成果の概要】

本研究は、細胞が培養器(CO_2インキュベーター)に合わせるという従来型の概念から、機器が個々の細胞毎に最適化された培養環境を提供するという発想転換に特徴がある。つまり、幹細胞のような細胞特性の維持には、特定の培養条件(酸素濃度)の最適化が重要であり、低酸素が口腔幹細胞維持に必須であることが示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】21390062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

間葉系幹細胞 / 再生医学 / 細胞・組織 / 移植・再生医療 / 間薬系幹細胞

【研究成果の概要】

MSCの自己複製能を制御する分子機構としてWnt/Notchによる未分化性維持機構が提唱されている。研究では哺乳類の発生において自己複製と分化をコントロールしながら高次機能という複雑な組織構築に寄与することが知られる幹細胞の時間空間的な制御に関わるWnt, Notch,シグナルを可視化することにより、Wnt/Notchがどのように役割を分担し、あるいは他の分子と相互作用し、自己複製に関わっているのかを解析することで、MSCの自己複製および細胞系譜決定機構を明らかにする試みを行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】20249067 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医学 / 移植・再生医療 / 応用動物 / 細胞・組織 / マイクロアレイ / 幹細胞

【研究成果の概要】

ヒト雌性生殖器官における幹細胞の生理的・病理的意義と役割を明らかにするとともに、幹細胞を標的にした疾患制御法の開発を目指すことが本研究の目的である。研究成果としては、子宮筋の幹細胞を分離・同定するための新しい方法を開発するとともに、妊娠子宮のリモデリングに子宮筋幹細胞が重要な役割を果たすことを明らかにした。一方、子宮内膜の幹細胞の分離・同定とその解析を通じて、内膜幹細胞が子宮内膜の再生に加えて子宮内膜疾患のひとつである子宮内膜症の発生に関与する証左を提示し得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】50,180千円 (直接経費: 38,600千円、間接経費: 11,580千円)

【研究分野】胸部外科学

【研究領域課題番号】19591615 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Indoleamine 2, 3-dioxygenase(IDO) / 同種心臓弁移植・血管移植 / Indoleamihe 2,3-dioxygenase(IDO) / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 微生物

【研究成果の概要】

本研究において、同種移植後の移植片がMRSAの増殖を抑制する機能を獲得しており移植片局所における特異的炎症反応の存在(T cell response、IFNγ・TNFα の遺伝子発現)を確認した。更に、同種移植時に発現するIFNγの刺激により抗感染性に関与すると考えられるIDOが移植片局所において遺伝子・蛋白レベルで発現していることが確認できた。移植片のIDOと抗感染性との関連については、特にIDOによるTrp代謝産物の系に注目して検証した。Trp代謝
産物のうち3-Hydroxykynurernineが抗菌活性を持つことが確認された。これらの結果は、同種移植後IFNγの刺激により移植片に発現したIDOが移植片のもつ抗感染性のメカニズムにおいて重要な役割を担っていることを示唆し、ホモグラフトのMRSA感染に対する科学的実証であると考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】眼科学

【研究領域課題番号】18591930 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生体分子 / 発現制御 / 発生・分化

【研究成果の概要】

SJS等の角膜上皮幹細胞疲弊症に対する眼表面再建術の際に摘出した組織から新鮮凍結組織切片を作成し、免疫組織学的にTNC分子の発現を検討した結果、TNCタンパクが結膜下に多量に沈着していることが判明した。TNC遺伝子のプロモーター解析のために、レポーターコンストラクトを作成して、角膜上皮を用いて遺伝子発現を検討したところ、創傷作成、機械的ストレスでTNC遺伝子の誘導がかかることが判明した。TNCはFNコートの培養に加えた場合、細胞の形態に変化を生じる(Focal adhesion kinaseの発現の低下)が、細胞増殖能には変化がないことが、判明した。また、角膜上皮テネイシンノックアウトマウスの角膜上皮、コンジェニックマウスの角膜上皮から初代培養細胞を作成し、羊膜上に培養することで、形態学的な差異およびβカテニンタンパクの発現を免疫組織染色で検討したところ、テネイシンノックアウトマウスから作成した上皮細胞にはβカテニンの局在に極性が見られなかったのに対し、コンジェニックなワイルドタイプマウスでは上皮下にTNCタンパクの沈着が見られるとともにβカテニンが基底膜側に偏在して発現がみられ、細胞極性の形成に貢献していることが示唆された。以上の結果から、角膜上皮に強いストレスがかかった際のレスキュー分子としてTNCが発現し、TNC分子自体は上皮細胞の極性形成を通じて、上皮細胞の恒常性維持に貢献していると考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】4,010千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 510千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】17591757 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

卵子 / 胚 / ヒストン / H1foo / 移植・再生医療 / 医療・福祉 / 細胞・組織 / 蛋白質 / 発生・分化

【研究成果の概要】

卵子特異的ピストンH1(H1foo)は原始卵胞から2-4細胞期胚までにしか存在しないため、卵子の全能性や遺伝子のリプログラミングへの関与が推測されている。我々は2003年にヒト卵子特異的ピストン遺伝子を決定した。平成17年度は、卵巣内、および受精過程に於けるタンパク動態を検討した。推定アミノ酸配列の部分ペプチドを抗原として作成した家兎血清を用いた免疫組織化学染色では、卵巣内でH1fooは原始卵胞からグラーフ卵胞までの卵子のみに局在し、顆粒膜細胞や間質には局在は認められなかった。また、体外受精で受精しなかった卵子34個の精子核におけるH1fooの存在と、精子核膨化の関係を検討したところ、34個中15個が膨化もH1fooの反応とも見られず、精子核膨化をみた16個すべてにH1fooの反応がみられた。残り3個では膨化が見られなかったにもかかわらずH1fooの反応が見られ、本タンパクが受精のごく初期から精子核内に取り込まれることが明らかになった。さらに平成18年度は、胚発生に伴うmRNA量の推移、体細胞ピストンへの移行、および完全長cDNAクローンの作成と、これを用いた完全長タンパク発現を試みた。結果として、ヒトに於けるH1fooはnested-PCRによる半定量法で、4細胞で胚あたり3000-6000コピー程度存在するが、桑実胚期にいたると1000-2000コピーと減少していた。一方卵子・胚には体細胞ピストンH1aが発現することが明らかになった。また、市販ヒト卵巣組織cDNAライブラリから完全長cDNAクローンを作成し、タンパク発現を大腸菌、およびコムギ胚芽無細胞系で試みた。大腸菌では発現が見られなかったが、コムギ無細胞系ではタンパク発現がみられた。現在、精製タンパクからモノクロナール抗体を作成するとともに、組み替えタンパクを作成し、リン酸化部位を解析中である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】形成外科学

【研究領域課題番号】17390474 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植学 / 再生医学 / 分子生物学 / 組織培養 / 移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生体分子 / 臨床

【研究成果の概要】

ヒト頭皮から採取した毛乳頭細胞の遺伝子発現解析を、マイクロアレイおよびRT-PCRにより行った。マイクロアレイにより繊維芽細胞と比較したところ、ケモカインリガンドやインターロイキン、細胞周期関連遺伝子、プロテオグリンカンに有意な発現増強が認められた。またRT-PCRでは既知の毛乳頭細胞マーカー14種の遺伝子発現を検討したところ、繊維芽細胞と比較して2種の遺伝子で有意な発現増強、1種の遺伝子で有意な発現低下を認めた。これらの遺伝子群の発現パターンにより、毛乳頭細胞と繊維芽細胞を識別することが可能になった。
毛乳頭細胞に対して21種のリコンビナント蛋白および化合物を与えて培養したところ、このうち数種の物質には増殖促進作用があることが判明した。またこのうち2種の成長促進因子は特に増殖促進作用が強く、毛乳頭細胞増殖培地用添加物質として使用できる可能性が示唆された。
FACSを用いてヒト毛包の上皮系細胞の表面抗原解析を行った。表皮角化細胞と毛包内角化細胞を比較したところ、後者のみにCD200陽性細胞とCD34陰性または弱陽性細胞が10%以上含まれており、毛包組織切片に対する免疫染色における染色パターンを鑑みて、この細胞集団に毛幹細胞が多く含まれることがわかった。また、この細胞集団におけるケラチンの発現を見たところ、バルジマーカーとされているケラチン15の陽性率は60%程度であった
前年度までにラット足裏皮膚に毛乳頭細胞を移植する方法(サンドイッチ法)を検討し、毛包誘導能を検定するモデルとして有用であることがわかった。
毛乳頭細胞の移植法の検討を行った。サンドイッチ法の他、チャンバーを用いた移植法、注射による移植法、皮膚切開に埋入する移植法などを比較検討した。サンドイッチ法は、表皮・毛乳頭間の相互作用が良好に担保され、毛包誘導には優れた方法であることがわかったが、臨床応用は困難であり、その他の移植法を開発していく必要があることがわかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,700千円 (直接経費: 15,700千円)