Reconstitution of Physiologically Relevant 3D Blood-Brain Barrier Model for the Elucidation of its Selective Transport Mechanism
Project/Area Number |
20H02594
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
オケヨ ケネディオモンディ 京都大学, 医生物学研究所, 講師 (10634652)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小穴 英廣 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20314172)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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Keywords | 血液脳関門 / ペリサイト / 血管内皮細胞 / 共培養 / 密着結合 / 三次元培養 / マイクロメッシュ培養法 / 細胞接着制御 / 血管細胞シート / 選択的物質輸送 / 経上皮電気抵抗 / 3次元培養 / 脳幹細胞 |
Outline of Research at the Start |
認知症・神経変性疾患・脳血管疾患などの神経疾患の有病率が増大の一途を辿っている.しかし,神経疾患の多くは難治性であり,それらの発症メカニズムが分かっていない.本研究では,脳内環境の恒常性維持を担う血液脳関門(blood-brain barrier,BBB)に着目し,独自技術「マイクロメッシュ培養法」によりその基本構造を再現した3次元体外モデルを構築することで,BBBの選択的物質輸送機構を研究する.
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では,血液脳関門(blood-brain barrier, BBB)の構成細胞が直接的に相互作用しうるモデルを作製することにより生体内の血液脳関門のバリア機構を厳密に捉えたin vitroモデルを実現し,血液脳関門の選択的物質輸送のメカニズム解明を目指す. 本年度は,独自技術である「マイクロメッシュ培養法」を駆使し,強固な密着結合を有する血管内皮細胞シートを作製し,そのバリア能を評価することを目指した.本法では,線幅が細く,開口部が広いことが特徴のメッシュ構造基板を用いて細胞-基板間接着を制限することにより,細胞間結合による細胞シート形成が誘導される. 本実験では,血管内皮細胞の異種であるヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVECs)やbrain microvascular endothelial cell line (hCMEC/D3)をメッシュ構造基板上に播種したところ,個々の細胞が自己組織化的にメッシュの隙間を埋め,5日間で均一なシートを形成した.また,経上皮電気抵抗(TEER)の計測により細胞間結合に由来するバリア能を経時的に評価した結果,シート形成過程および形成後のそれぞれの段階でTEER値の上昇が確認され,細胞シート形成とともに細胞間結合が強化されることが示唆された.さらに,播種から14日後に行った免疫染色により密着結合を担うOccludinやZO-1等のタンパク質の発現が確認された.なお,従来の多孔質膜上で得られた細胞レイヤーと比較し,本法で得られた細胞シートの方がTEER値が高いことも認められた. 今後,血管内皮細胞シート上に直接周皮細胞を播種することで血管細胞と周皮細胞の共培養モデルを作製し,さらにマトリゲル包埋培養されたアストロサイトと組み合わせることで3次元共培養モデルを完成させ,構成細胞同士の物理的コンタクトの有無やそのバリア能への影響を調べる.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で目指している血液脳関門モデルの実現において最も重要である血管内皮細胞の細胞シートの作製法が確立し,形成された細胞シートのバリア能も想定以上に良いことから,3次元モデルの実現が確実となったことが主な理由である.
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Strategy for Future Research Activity |
今後,血管内皮細胞シート上に直接周皮細胞を播種することで血管細胞と周皮細胞の共培養モデルを作製し,さらにマトリゲル包埋培養されたアストロサイトと組み合わせることで3次元共培養モデルを完成させ,構成細胞同士の物理的コンタクトの有無やそのバリア能への影響を調べる.また,実現する3次元共培養モデルをマイクロ流体デバイスに組み込み,せん断流れのよる刺激付与が可能な動的モデルを実現した上で,物質通過による本モデルの機能性評価も行う予定である.
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)