Dynamic analysis of tissue development by 3D culture platform
Project/Area Number |
21H01299
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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 20020:Robotics and intelligent system-related
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
萩原 将也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 理研白眉研究チームリーダー (00705056)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲木 美紀子 大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (10747679)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
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Keywords | 培養制御 / オルガノイド / 4Dイメージング / 体軸形成 / Gradient / 空間局在制御 / 三次元イメージング / 組織形成 / 三次元制御 / 細胞行動 / 細胞ーECM相互作用 / 細胞パターニング / 三次元培養 / ダイナミクス計測 / 4Dイメージング |
Outline of Research at the Start |
生物の組織形成は非常に多くの細胞が絡みあった一つのシステムであり,場に働くダイナミクスを計測することは組織形成システムを理解する上で必要不可欠である.そこで本研究では,従来直接計測が困難であった組織形成時に場に働くダイナミクスを,3次元培養実験系における制御・計測・情報技術を高度に融合することにより解析することを目的とする.当該研究者が開発した培養Cubeを基軸に,集団と細胞のマルチスケールな挙動をイメージング可能な新たな計測系を構築し,さらに三次元細胞環境を制御可能な手法を確立し,生体組織形成において細胞が従っている根底のルールを解明することを目指す.
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Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、①ハイドロゲルの空間局在制御、②液性因子の時空間濃度勾配制御、の2つの技術を確立し、論文発表を行った。ハイドロゲルの空間局在制御では、断面がL字型のフレームで囲まれた空間(ユニット)を複数持ち、ゲルを表面張力のみで各ユニットにとどめることで、複数のゲルを空間的に配置するキューブ型の培養プラットフォーム「MultiCUBE」を開発した。隣り合うユニット間でゲル同士は接触しているが、ゲルの粘性が高いこともあり、すぐには混じり合わない。ゲルの配置が終わった後にゲルを架橋し固めると、ゲル間に物理的境界がなく細胞が行き来できる一方、位置によってゲル内部の成分が異なる状態になる。これにより、細胞に空間的な情報を与えられるようになり、異なる物性を持つゲルを立体的に配置するだけでなく、特定の成長因子や細胞をあらかじめゲルに混ぜておくことで、細胞に複数要素の空間的局在を与えることができるようになった。 さらに、CUBE型の培養器内でオルガノイドに特定因子の濃度勾配を与える「Gradient-in-CUBEシステム」を開発した。本システムを用いて、iPS細胞塊から、恣意的な方向に神経外胚葉と中胚葉の分子マーカーが局在するオルガノイドを作製することができた。作製したオルガノイドは、与えた濃度勾配の方向を見失うことなく解析が可能であり、オルガノイド培養から体軸方向付与・解析までシームレスな実験ワークフローを確立した。工学技術に不慣れな実験者にも容易に扱えるプラットフォームであり、広く活用されることが期待できる。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究科課題目的の一つである、培養環境の時空間制御技術の確立において、今年度は細胞周囲環境における、ECMの空間局在と、液性因子の濃度勾配という、発生プロセスにおける重要な2つの因子を制御する技術を確立することができた。これにより、細胞に対して適切な位置情報を与えることができるようになり、体軸形成を意識した、非対称なオルガノイドを作製することができるようになった。
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Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、これまでに確立してきた個々の制御技術が同時にできるよう、システムとしての開発を進める。 また、計測系としてイメージングのクオリティがさらに向上するように、CUBEによる多面イメージング解析をさらにハード・ソフトの面から開発を進めていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(27 results)