Development of integrated animal cell engineering system for biopharmaceutical production

• Project/Area Number: 20H00322
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 上平 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (40202022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西島 謙一 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (10262891) ; 中村 崇裕 九州大学, 農学研究院, 教授 (10464398) ; 河邉 佳典 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30448401) ; 花井 泰三 九州大学, 農学研究院, 教授 (60283397)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000); Fiscal Year 2023: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2022: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000); Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000); Fiscal Year 2020: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
• Keywords: バイオテクノロジー / バイオ医薬品 / 動物細胞 / セルエンジニアリング / トランスジェニックニワトリ

Outline of Research at the Start

これまで開発したバイオ医薬品や細胞医薬品生産のための機能細胞作製技術をベースとして、細胞デザイン、遺伝子回路の設計・作製、細胞加工、細胞選別・増幅、機能評価、評価結果に基づいた改良サイクルへのフィードバックから構成されるセル・エンジニアリングサイクルによって、システム化された動物細胞の機能改変技術を確立する。新たなセル・エンジニアリング技術として、デザインされたホスト細胞の開発、人工遺伝子発現制御システムの開発、人工染色体を使ったトランスジェニックニワトリ作製、トランスジェニックニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発に取り組み、これらを応用したバイオ医薬品生産を検討する

Outline of Annual Research Achievements

動物細胞を対象としたセル・エンジニアリング技術をベースとして、トータルシステムとして体系化することで、セル・エンジニアリングサイクル（細胞デザイン、遺伝子回路の設計・作製、細胞加工、細胞選別・増幅、機能評価、評価結果に基づいた改良サイクルへのフィードバック）を構築する。先進的な技術を取り入れながら、セル・エンジニアリングにおける新しい要素技術の開発を行い、それらの技術を応用したバイオ医薬品や細胞医薬品の生産について検討することを目的としている。セル・エンジニアリングサイクルを確立することで、動物細胞の機能改変をシステム化するとともに、汎用かつロバストな技術とするために、いくつかの応用例について実証した。当年度では、これまでに開発に成功している、肝特異的転写因子遺伝子群を温熱により誘導発現することで高肝機能を発揮するように改変したヒトヘパトーマ細胞に関して、無血清培養法の開発に成功した。大量に組織を調製する方法としてマイクロゲルへのカプセル化技術の開発を行った。また、CHO細胞をホストとする組換え抗体生産では、転写増幅を伴う遺伝子回路を導入した細胞培養での高濃度連続生産において培養条件の検討を行った結果、最大5.5 g/Lの生産を行うことができた。さらに、RNAをトリガーとする遺伝子発現システム（ＲＡＭＧＡ）や翻訳増強システムの開発を行っている。これらの成果は、国内外の学会発表で公表するとともに国際学術誌に掲載された。これ以外にも、デザインされたホスト細胞の開発、人工遺伝子発現制御システムを組み込んだニワトリ始原生殖細胞の構築を行い、これらを応用したバイオ医薬品生産のための技術開発を行っている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Inducible transgene expression in CHO cells using an artificial transcriptional activator with estrogen-binding domain (2024)
  • Author(s): Md. Rashidur Rahman, Yoshinori Kawabe, Kozumi Suzuki, Satoshi Chen, Yuki Amamoto, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Biotechnology Journal Volume: 19 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/biot.202300362
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA aptamer-mediated gene activation systems for inducible transgene expression in animal cells (2024)
  • Author(s): Feiyang Zheng, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: ACS Synthetic Biology Volume: 13 Issue: 1 Pages: 230-241
  • DOI: 10.1021/acssynbio.3c00472
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-level production of scFv-Fc antibody using an artificial promoter system with transcriptional positive feedback loop of transactivator in CHO cells (2023)
  • Author(s): Binbin Ying, Yoshinori Kawabe, Feiyang Zheng, Yuki Amamoto, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Issue: 22 Pages: 2638-2638
  • DOI: 10.3390/cells12222638
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HepG2-based designer cells with heat-inducible enhanced liver functions (2022)
  • Author(s): Hiroyuki Kitano, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Cells Volume: 11 Issue: 7 Pages: 1194-1194
  • DOI: 10.3390/cells11071194
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] LINE-1 vectors mediate recombinant antibody gene transfer by retrotransposition in Chinese hamster ovary cells (2021)
  • Author(s): Feiyang Zheng, Yoshinori Kawabe, Mai Murakami, Mamika Takahashi, Kyoka Nishihata, Souichiro Yoshida, Akira Ito, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Biotechnology Journal Volume: 16 Issue: 7 Pages: 2000620-2000620
  • DOI: 10.1002/biot.202000620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hypoxia-responsive expression of vascular endothelial growth factor for inducing angiogenesis in artificial three-dimensional tissues (2021)
  • Author(s): Shinya Masumoto, Akihiko Ono, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 132 Issue: 4 Pages: 399-407
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2021.06.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contractile activity of myotubes derived from human induced pluripotent stem cells: a model of Duchenne muscular dystrophy (2021)
  • Author(s): Kantaro Yoshioka, Akira Ito, Masanobu Horie, Kazushi Ikeda, Sho Kataoka, Keiichiro Sato, Taichi Yoshigai, Hidetoshi Sakurai, Akitsu Hotta, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Cells Volume: 10 Issue: 10 Pages: 2556-2556
  • DOI: 10.3390/cells10102556
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Miniaturized skeletal muscle tissue fabrication for measuring contractile activity (2021)
  • Author(s): Kantaro Yoshioka, Akira Ito, Md Arifuzzaman, Taichi Yoshigai, Fangming Fan, Kei-ichiro Sato, Kazunori Shimizu, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 113 Issue: 4 Pages: 434-441
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2020.11.014
  • NAID: 40022545298
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a genetically modified hepatoma cell line with heat-inducible high liver function (2021)
  • Author(s): Hiroyuki Kitano, Yuki Nagae, Yoshinori Kawabe, Akira Ito, Masamichi Kamihira
  • Journal Title: Cytotechnology Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 353-362
  • DOI: 10.1007/s10616-021-00457-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Inducible transgene expression using RNA aptamer-mediated gene activation systems (2024)
  • Author(s): Zheng Feiyang, Kawabe Yoshinori, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第89年会
• [Presentation] Microgel-encapsulation of engineered hepatocytes with porous surface coating (2024)
  • Author(s): Habimana Silas, Kitano Hiroyuki, Wulandari Diah Anggraini, Wakabayashi Rie, Kamiya Noriho, Kawabe Yoshinori, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第89年会
• [Presentation] Development of cell engineering technology for creating functional animal cells (2023)
  • Author(s): Masamichi Kamihira
  • Organizer: KSBB Spring Meeting 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 動物細胞での赤色光誘導型遺伝子発現システムの構築 (2023)
  • Author(s): 本田 啓悟, 鄭 飛揚, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第60回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] CHK-Q細胞を用いた染色体操作技術の開発 (2023)
  • Author(s): 吉村 優作, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第60回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] ホルモン誘導型遺伝子発現システムによる組換え抗体の生産 (2023)
  • Author(s): 陳 智, 鈴木 瑚澄, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第60回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 深層学習の動画像認識技術を用いた細胞機能評価システムの開発 (2023)
  • Author(s): 増原 誠, 片岡 笙, 園井 理惠, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第75回日本生物工学会大会
• [Presentation] Biofabrication of human liver microtissues using genetically modified hepatoma cells (2023)
  • Author(s): Silas Habimana, Hiroyuki Kitano, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 第75回日本生物工学会大会
• [Presentation] Improved IRES-mediated translation in mammalian cells using translation initiation factor fused with RNA-binding protein (2023)
  • Author(s): Ying Binbin, Kawabe Yoshinori, Tanno Chiharu, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第54回秋季大会
• [Presentation] ミニサークルDNAベクターの調製とCHO細胞への遺伝子ノックイン (2023)
  • Author(s): 濱岡 誠, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第54回秋季大会
• [Presentation] 人工転写活性化システムによるCHO細胞でのモノクローナル抗体生産 (2023)
  • Author(s): 江上 豪, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第54回秋季大会
• [Presentation] Development of Engineered Chicken Primordial Germ Cells for the Generation of Antibody-Producing Transgenic Chickens (2023)
  • Author(s): Yuya Kaneko, Yoshinori Kawabe, Ken-ichi Nishijima, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 第36回 日本動物細胞工学会2023年度国際大会 (JAACT2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation and application of transgenic chickens towards robust production system of recombinant proteins (2023)
  • Author(s): Yoshinori Kawabe, Ken-ichi Nishijima, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 第36回 日本動物細胞工学会2023年度国際大会 (JAACT2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 始原生殖細胞におけるゲノム操作による抗体生産トランスジェニックニワトリの作出 (2023)
  • Author(s): 金子悠哉，河邉佳典，西島謙一，上平正道
  • Organizer: 第29回日本生物工学会九州支部 福岡大会
• [Presentation] RNA-responsive artificial gene expression system for animal cells (2023)
  • Author(s): Zheng Feiyang, Kawabe Yoshinori, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第88年会
• [Presentation] Engineered functional hepatic cells and microtissues for bioartificial liver application (2023)
  • Author(s): Habimana Silas, Kitano Hiroyuki, Kawabe Yoshinori, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第88年会
• [Presentation] Improved antibody production in CHO cells using an artificial transactivator system and a cold culture strategy (2023)
  • Author(s): Ying Binbin, Kawabe Yoshinori, Amamoto Yuki, Zheng Feiyang, Kamihira Masamichi
  • Organizer: 化学工学会第88年会
• [Presentation] トランスジェニックニワトリによるバイオ医薬品生産のための始原生殖細胞の遺伝子改変 (2023)
  • Author(s): 金子 悠哉, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第88年会
• [Presentation] 人工遺伝子発現システムを用いた組換え抗体生産CHO細胞の作製 (2022)
  • Author(s): 江上 豪, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] Cre組換え酵素を用いたミニサークルベクター調製法 (2022)
  • Author(s): 濱岡 誠, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] トランスジェニックニワトリ作製のための染色体移植技術の開発 (2022)
  • Author(s): 白井 隼人, 河邉 佳典, 金子 悠哉, 上平 正道
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 深層学習を用いた画像解析による細胞判別システムの開発 (2022)
  • Author(s): 増原 誠, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] Artificial gene regulation system using RNA aptamers (2022)
  • Author(s): Feiyang Zheng, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 日本動物細胞工学会2022
• [Presentation] エストラジオール誘導型遺伝子発現システムによるCHO細胞での抗体生産 (2022)
  • Author(s): 鈴木 瑚澄, Rahman Md Rashidur, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第53回秋季大会
• [Presentation] 肝機能誘導型遺伝子改変ヒトヘパトーマ細胞株の機能評価 (2022)
  • Author(s): 遠藤 淳平, 北野 裕之, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第53回秋季大会
• [Presentation] Cre 組換え酵素を用いたニワトリ始原生殖細胞への抗体遺伝子のノックイン (2022)
  • Author(s): 金子 悠哉, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第74回日本生物工学会大会
• [Presentation] 機能細胞作製のためのセル・エンジニアリング技術の開発 (2022)
  • Author(s): 上平 正道
  • Organizer: 第74回日本生物工学会大会
  • Invited
• [Presentation] Cell engineering targets for CHO cells (2022)
  • Author(s): Masamichi Kamihira
  • Organizer: ACB-AFOB 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 肝機能誘導型遺伝子改変ヒトヘパトーマ細胞株の樹立と機能評価 (2022)
  • Author(s): 堀 美紗子, 遠藤 淳平, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第28回日本生物工学会九州支部 佐賀大会
• [Presentation] 人工遺伝子発現誘導システムを有するCHK細胞の組換え抗体生産評価 (2022)
  • Author(s): 河邉 佳典, 境 紘洋, 巖 流征, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第87年会
• [Presentation] エストラジオール誘導型遺伝子発現制御システムを持つCHO細胞の作製 (2022)
  • Author(s): 鈴木 瑚澄, Rahman Md Rashidur, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第87年会
• [Presentation] ゲノム編集技術を用いた遺伝子改変ニワトリ始原生殖細胞株の作製 (2022)
  • Author(s): 金子 悠哉, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第87年会
• [Presentation] Improved Cre recombinase for transgene integration in mammalian cells (2022)
  • Author(s): Ying BingBing, Yoshinori Kawabe, Akio Kuno, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 化学工学会第87年会
• [Presentation] 誘導型遺伝子発現システムを用いたバイオ医薬品生産技術の開発 (2021)
  • Author(s): 鈴木 瑚澄, Rahman Rashidur, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] セルエンジニアリングによる高肝機能誘導型ヒトヘパトーマ細胞の開発 (2021)
  • Author(s): 遠藤 淳平, 北野 裕之, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 薬剤スクリーニングのための筋管機能評価システムの開発 (2021)
  • Author(s): 片岡 笙, 佐藤 圭一郎, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] トランスジェニックニワトリ作製のためのゲノム編集技術を用いたニワトリ染色体改変技術の開発 (2021)
  • Author(s): 金子 悠哉, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 人工遺伝子発現システムを有する組換えCHK細胞の抗体生産誘導 (2021)
  • Author(s): 河邉 佳典, 巖 流征, 上平 正道
  • Organizer: 第34回 日本動物細胞工学会2021年度大会 (JAACT2021)
• [Presentation] 高肝機能誘導型ヒトヘパトーマ細胞の三次元培養における肝機能評価 (2021)
  • Author(s): 北野 裕之, Manuel Souvervielle, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第34回 日本動物細胞工学会2021年度大会 (JAACT2021)
• [Presentation] ヒトヘパトーマ細胞の遺伝子改変による高肝機能誘導 (2021)
  • Author(s): 遠藤 淳平, 北野 裕之, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第52回秋季大会
• [Presentation] ニワトリOVA遺伝子座への遺伝子ノックインによる組換え抗体生産細胞の作製 (2021)
  • Author(s): 武末 和樹, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 化学工学会第52回秋季大会
• [Presentation] 熱刺激によって高肝機能誘導可能な遺伝子改変ヒトヘパトーマ細胞株の特性評価 (2021)
  • Author(s): 北野裕之, Manuel Souvervielle, 河邉佳典, 上平正道
  • Organizer: 第73回日本生物工学会大会
• [Presentation] CHK細胞を用いた誘導型人工遺伝子発現システムによるscFv-Fc抗体の生産 (2021)
  • Author(s): 境 紘洋, 河邉 佳典, 巖 流征, 上平 正道
  • Organizer: 第73回日本生物工学会大会
• [Presentation] ヒトiPS細胞から誘導した筋管の張力測定による評価 (2021)
  • Author(s): 片岡 笙, 吉岡 貫太郎, 河邉 佳典, 上平 正道
  • Organizer: 第27回日本生物工学会九州支部 大分大会
• [Presentation] Establishment of human hepatoma cell lines with heat-inducible high liver functions (2020)
  • Author(s): Hiroyuki Kitano, Manuel Souvervielle Manuel, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 第33回日本動物細胞工学会国際大会（JAACT2020 Fuchu）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Construction of a skeletal muscle contraction model using human iPS cell-derived myoblasts (2020)
  • Author(s): Keiichiro Sato, Kantaro Yoshioka, Taichi Yoshigai, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
  • Organizer: 第33回日本動物細胞工学会国際大会（JAACT2020 Fuchu）
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 上平研究室
  • URL: http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab3/
• [Remarks] 研究者情報―九州大学 上平正道
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002690/index.html
• [Remarks] 研究者情報―九州大学 上平正道
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002690/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 組換えヘパリン様物質、及びその製造方法 (2022)
  • Inventor(s): 上平 正道, 河邉 佳典, 秋山 京佑
  • Industrial Property Rights Holder: 上平 正道, 河邉 佳典, 秋山 京佑
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-022594
  • Filing Date: 2022