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Development of basic technology for the production of cardiac organoids derived from human pluripotent stem cells

Research Project

Project/Area Number 20K12623
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionTottori University

Principal Investigator

SHIRAYOSHI Yasuaki  鳥取大学, 医学部, 准教授 (90249946)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 經遠 智一  鳥取大学, 医学部, 助教 (60730207)
森川 久未  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (90707217)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
KeywordsヒトiPS細胞 / 心筋細胞 / 蛍光タンパク質 / ペースメーカ細胞 / 心外膜 / 心臓前駆細胞 / オルガノイド / 心筋 / イオンチャネル / 分化誘導 / ヒト多能性幹細胞
Outline of Research at the Start

生体の心臓は、4種の主要なサブタイプ心筋(心房筋、心室筋、洞結節ペースメーカ細胞、刺激伝導系細胞)から構成されている。本研究では、これら各種サブタイプ心筋を素材として用い、再組立することによって「心臓オルガノイド」と呼ばれる3次元組織の作製を目的とする。まず、心臓オルガノイド作製のための基盤技術として、ヒト多能性幹細胞(ES, iPS細胞)を用いて、心臓の主要な構成要素である4種のサブタイプ心筋の選別採取法の開発を行う。さらに、作製した各サブタイプ心筋の特性解析による評価を試みた後、解剖学的情報を基に再構成(再配置)にすることによって、心臓オルガノイド(ミニ心臓)の作製などを試みる。

Outline of Final Research Achievements

Using human iPS cells, we succeeded in establishing cell lines that can visualise and selectively collect various subtypes of cardiomyocytes (two types of cardiac progenitor cells, sinus node pacemaker and atrial/ventricular cardiomyocytes) by knocking in fluorescent proteins at various cardiomyocyte marker loci. Furthermore, using these cell lines, we were able to (i) improve the selection and collection of sinus node pacemaker-like cells by introducing novel markers and using AI-based image analysis, (ii) establish a differentiation induction system for the epicardium, and (iii) sort cardiac progenitor cells and clarify their cell lineage. Thus, it was possible to sort three of the four subtypes of myocardium required for organoid formation: pacemaker cells and atrial/ventricular myocytes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒトiPS細胞を用いることによって、再現性を持って大量に調整するのが難しかったヒト心筋細胞の選別採取が可能となった。これらの選別細胞を用いることによって、心臓前駆細胞の発生運命、その制御機構の解析、成体心筋細胞の電気生理学的特性解析など、ヒト心臓(心筋細胞)を対象とした新たな生理機能、器官形成研究が、可能となることが期待される。
また、心臓オルガノイドや各サブタイプ心筋の製品化を通じて、例えば、新薬や化粧品などの人体への影響を試す毒性試験、薬効試験などへの応用が考えられ、サブタイプ心筋の選別採取法の開発は、病因・病態に応じた適切な創薬・病態解明・心疾患に対する再生医療につながる可能性がある。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Deep learning-based identification of sinoatrial node-like pacemaker cells from SHOX2/HCN4 double-positive cells differentiated from human iPS cells2023

    • Author(s)
      Wakimizu T, Naito J, Ishida M, Kurata Y, Tsuneto M, Shirayoshi Y, Hisatome I.
    • Journal Title

      J. Arrhythm

      Volume: 39 Issue: 4 Pages: 664-668

    • DOI

      10.1002/joa3.12883

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] SHOX2 refines the identification of human sinoatrial nodal cell population in the in vitro cardiac differentiation.2022

    • Author(s)
      Wakimizu T, Morikawa K, Fukumura K, Yuki T, Adachi T, Kurata Y, Miake J, Hisatome I, Tsuneto M, Shirayoshi Y.
    • Journal Title

      Regen Ther.

      Volume: 21 Pages: 239-249

    • DOI

      10.1016/j.reth.2022.07.012

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Developmental fate and cellular characteristics exhibited by HCN4-positive cardiomyocytes derived from human iPS cells.2023

    • Author(s)
      Morikawa K, Adachi T, Imagawa A, Shigenaga M, Wakimizu T, Hisatome I, Tsuneto M, Shirayoshi Y.
    • Organizer
      Cardiovascular Bioengineering (CVBE) Symposium 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒトiPS細胞を用いた心臓前駆細胞の選択的分取法の開発と特性解析2022

    • Author(s)
      重永雅人, 今川明梨, 谷本久実, 經遠智一, 白吉安昭
    • Organizer
      第45回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] HCN4/Shox2遺伝子標識によるヒトiPS細胞からの心臓洞結節ペースメーカ細胞の分取システムの構築2021

    • Author(s)
      脇水孝之、經遠智一、白吉安昭、久留一郎
    • Organizer
      心電学関連春期大会2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 予定心臓領域特異的マーカー遺伝子の発現を可視化したIPS細胞株の樹立2021

    • Author(s)
      重永雅人、今川明梨、經遠智一、久留一郎、白吉安昭
    • Organizer
      第44回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ヒトiPS細胞に由来するHCN4陽性心筋細胞のはっせい・分化能とその特性解析2021

    • Author(s)
      谷本久実、足立隆、經遠智一、久留一郎、白吉安昭
    • Organizer
      第44回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 心房細動関連遺伝子PRRX1のヒト心房筋様細胞における機能解析2021

    • Author(s)
      幸哲夫、經遠智一、三明淳一郎、久留一郎、白吉安昭
    • Organizer
      第44回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] HCN4/Shox2遺伝子標識によるヒトiPS細胞からの心臓洞結節ペースメーカ細胞の分取システムの構築2021

    • Author(s)
      脇水孝之、経遠智一、白吉安昭、久留一郎
    • Organizer
      心電学関連春季大会2021
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ヒトiPS 細胞から心臓ペースメーカ細胞への全分化過程の検討2020

    • Author(s)
      脇水孝之、足立隆、林裕也、経遠智一、久留一郎、白吉安昭
    • Organizer
      第43回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 心臓洞結節ペースメーカ細胞の分取、解析のためのヒトiPS 細胞株の作製2020

    • Author(s)
      脇水孝之、足立隆、林裕也、経遠智一、白吉安昭、久留一郎
    • Organizer
      第20回 日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 遺伝子再生医療学講座 再生医療学部部門

    • URL

      https://www.med.tottori-u.ac.jp/regmed/518/1195.html

    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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