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Strategic research on cartilage development and regeneration using the chondrocyte differentiation method of human iPS cells by small-molecule compounds

Research Project

Project/Area Number 18K16645
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Kawata Manabu  東京大学, 医学部附属病院, 登録研究員 (10803174)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords軟骨細胞 / 多能性幹細胞 / 低分子化合物 / ヒト多能性幹細胞 / エピゲノム解析 / iPS細胞
Outline of Final Research Achievements

I developed a differentiation method of human pluripotent stem cells (hPSCs) into chondrocytes by simple combination of two compounds, a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, and a retinoic acid receptor (RAR) agonist, within 5-9 days.
Comprehensive gene expression and open chromatin analyses at each stage of our protocol showed step-by-step differentiation toward chondrocytes. Genome-wide analysis by RAR and β-catenin ChIP-seq demonstrated that RA and Wnt/β-catenin signaling collaboratively regulated the key marker genes at each differentiation stage.
Particles prepared from hPSC-derived cells differentiated under our protocol formed hyaline cartilaginous tissues when transplanted into knee joints and subcutaneous spaces of immunodeficient mice.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により得られた解析結果や知見をベースとして、軟骨分化過程に関わる様々なシグナルに注目した解析を実施していくことが可能である。また本誘導法を元にして、より軟骨分化能や軟骨成熟を促進する化合物や、半月板細胞等の他の運動器系統細胞への分化を促進する化合物を化合物ライブラリーを活用して同定していく研究等を発展させることが期待される。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Simple and Robust Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells toward Chondrocytes by Two Small-Molecule Compounds2019

    • Author(s)
      Kawata Manabu、Mori Daisuke、Kanke Kosuke、Hojo Hironori、Ohba Shinsuke、Chung Ung-il、Yano Fumiko、Masaki Hideki、Otsu Makoto、Nakauchi Hiromitsu、Tanaka Sakae、Saito Taku
    • Journal Title

      Stem Cell Reports

      Volume: 13 Issue: 3 Pages: 530-544

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2019.07.012

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    • Author(s)
      Kawaguchi Kohei、Taketomi Shuji、Inui Hiroshi、Yamagami Ryota、Nakazato Keiu、Takagi Kentaro、Kage Tomofumi、Kawata Manabu、Tanaka Sakae
    • Journal Title

      The Journal of Knee Surgery

      Volume: - Issue: 06 Pages: 659-664

    • DOI

      10.1055/s-0039-1700809

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Meniscal bearing dislocation while rolling over in sleep following Oxford medial unicompartmental knee arthroplasty2019

    • Author(s)
      Kawaguchi Kohei、Inui Hiroshi、Taketomi Shuji、Yamagami Ryota、Kono Kenichi、Nakazato Keiu、Kawata Manabu、Tanaka Sakae
    • Journal Title

      The Knee

      Volume: 26 Issue: 1 Pages: 267-272

    • DOI

      10.1016/j.knee.2018.10.015

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      Kawata Manabu、Sasabuchi Yusuke、Taketomi Shuji、Inui Hiroshi、Matsui Hiroki、Fushimi Kiyohide、Yasunaga Hideo、Tanaka Sakae
    • Journal Title

      Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy

      Volume: 26 Issue: 12 Pages: 3699-3705

    • DOI

      10.1007/s00167-018-4958-7

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      Kawata Manabu、Sasabuchi Yusuke、Taketomi Shuji、Inui Hiroshi、Matsui Hiroki、Fushimi Kiyohide、Chikuda Hirotaka、Yasunaga Hideo、Tanaka Sakae
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 13 Issue: 4 Pages: e0194854-e0194854

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0194854

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      永田 向生, 張 成虎, 矢野 文子, 河田 学, 牧井 勇磨, 田中 栄, 齋藤 琢
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-05-26  

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