器官培養法を用いたin vitroヒト精子形成系の開発

• Project/Area Number: 19J01276
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 56030:Urology-related
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 松村 貴史 横浜市立大学, 医学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 男性不妊 / 精子形成 / 器官培養

Outline of Research at the Start

ヒトの精子形成に必要と考えられる遺伝子の機能は、主にKOマウスを用いて解析されてきた。しかし、ヒトとマウスで保存されている遺伝子でも、種によって精子形成における機能が異なることを示唆する報告が行われている。そのため、ヒトの精子形成における様々な遺伝子の機能解析をするには、ヒトのサンプルを用いた遺伝子機能解析法の開発が重要になってくる。本研究では、これまでマウスをはじめとするモデル動物で開発・改良が進んできた精巣の体外培養法を応用し、ヒト精子形成過程の体外観察をはじめ、様々な基礎研究に利用できるシステムの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マウスにおいて確立された精巣の器官培養によるin vitro精子形成系をヒトへ応用することを目的とした。しかし現在のマウス培養系を用いたヒト組織の培養では1-2週間ほどで高度に線維化してしまい、その後の培養継続が難しかった。加えて、現在までマウス以外の哺乳類では、体外で分化させた生殖細胞から次世代個体を作出した例は報告されていない。そこで我々は、マウスのみに適合する精巣培養系を他の哺乳類にも応用するべく、ラットを対象として実験を行ってきた。前年度までに我々は培養法や培養液の検討を繰り返し、培養中の酸素濃度やホルモン類の添加などがラットのin vitro精子形成系開発において、未分化なラット雄性生殖細胞を半数体である円形精子細胞まで分化させることに成功した。

本年度は、培養系のさらなる最適化のために、半数体まで分化した生殖細胞に特徴的な先体構造にGFPが集積するトランスジェニックラットを導入して実験を行った。また、培養中の培地に含まれるメタボライトの経時的変化のデータを取り培養液の改善を試みた。メタボロミクス解析の有用性はいまだはっきりと見出すことはできていないものの、様々な試行錯誤の末に伸長精子様の細胞までの分化と、分化誘導した円形精子細胞を用いた顕微授精によりラット産仔を作出することに成功した。本研究で我々が得た知見は、ヒトを含む他の哺乳類の精子形成を体外で誘導する系を開発するうえでも有用であることを期待している。現在学術誌への投稿を準備している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rat in vitro spermatogenesis promoted by chemical supplementations and oxygen-tension control (2021)
  • Author(s): Matsumura Takafumi、Sato Takuya、Abe Takeru、Sanjo Hiroyuki、Katagiri Kumiko、Kimura Hiroshi、Fujii Teruo、Tanaka Hiromitsu、Hirabayashi Masumi、Ogawa Takehiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 3458-3458
  • DOI: 10.1038/s41598-021-82792-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 組織培養法を用いたin vitroラット精子形成系の開発 (2021)
  • Author(s): 松村貴史
  • Organizer: 第39回日本アンドロロジー学会
• [Presentation] 精巣組織培養法を用いたin vitroラット精子形成系の開発 (2020)
  • Author(s): 松村貴史、片桐久美子、三條博之、安部丈、古目谷暢、佐藤卓也、田中宏光、平林真澄、小川毅彦
  • Organizer: 第24回日本生殖内分泌学会学術集会