Gut-Liver-on-a-Chip to investigate the progression mechanisms of non-alcoholic fatty liver diseases
| Project/Area Number |
21H01728
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
亀井 謙一郎 京都大学, 高等研究院, 研究員 (00588262)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平井 義和 京都大学, 工学研究科, 講師 (40452271)
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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 |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 非アルコール性脂肪肝炎 / ヒト多能性幹細胞 / マイクロ流体デバイス / 組織チップ / 病態モデル / 非アルコール性脂肪肝疾患 / 腸肝連関 / オルガノイド / 多組織チップ / 肝臓 / 小腸 / 分化誘導 / 非アルコール性脂肪性肝疾患 / センサ |
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| Outline of Research at the Start |
非アルコール性脂肪肝疾患（NAFLD）は、重篤化すると肝硬変などの直結する病態であるが、有用な治療薬は未だにない。これは、腸や肝臓など複数の臓器が関連した疾患であり原因解明が困難なためである。よって、生体外NAFLDモデルの開発が必要である。
応募者は、NAFLD発症・重篤化に関連する肝臓・腸連関に着目した。本研究では、ヒト多能性幹細胞から作製した肝臓・小腸オルガノイドを搭載した多組織チップを開発し、NAFLDを再現する。NAFLD発症・重篤化過程の変化を経時的に解析するために、各臓器をリアルタイム測定する組織機能測定センサを搭載し、発症から最終的に重篤化に至る機構の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内におけるヒトの生理学的・病理学的状態の再現するために、ヒト多能性幹細胞からより機能的な目的組織へと分化誘導することができる手法の開発と、そのBoC内での培養に取り組んできた。
BoC内で培養した腸肝連関の非アルコール性脂肪性肝疾患（NAFLD）を作成するために、小腸側にリポポリ多糖を炎症誘引物質として添加し、炎症性サイトカイン（TNF-α）や一酸化窒素（NO）などの放出挙動を評価した。現在は、組織連結と組織機能、及び炎症反応の関連性についてBoCを用いて解析を行った。それらの研究成果を国際科学誌であるCommunications BiologyやBiomicrofluidicsなどにて発表した。また昨年度までは細胞株を使用していたので、本年度では、ヒト多能性幹細胞由来小腸細胞・肝臓細胞を使用し、NAFLDの発症・進行機構の解明に取り組む。この機構解明に関しては、NAFLDを誘引する遊離脂肪酸による各組織細胞の代謝活性変化やRNA-seq法などによる遺伝子解析により、組織の表現型変化だけでなく、細胞内シグナル伝達変化についても詳細な解析を進めていく。
また、小腸のバリア機能を評価するために経上皮細胞電気抵抗測定（TEER）をBOC内において測定する電極の実装にも取り組んでいる。本研究では、これまでに電極配置や形状によって、その感度などが顕著に変動することを明らかにした。また使用する電極材料が金であるため、TEER電極設置と顕微鏡観察における視認性はトレードオフの関係になる。本研究では、視認性を適度に確保しながらも、TEER測定を高感度に行うことができる電極配置を設計することに取り組む。本アプローチとしては、トポロジー最適化という形状決定法を応用することになる。
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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
先述したように、昨年度は本研究をもとに、多くの論文を発表することができ、それらは計画通りに研究が進んだ成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
腸肝連関をBoC内にて形成するために、昨年度までは細胞株を使用していたが、本年度では、ヒト多能性幹細胞由来小腸細胞・肝臓細胞を使用し、NAFLDの発症・進行機構の解明に取り組む。この機構解明に関しては、NAFLDを誘引する遊離脂肪酸による各組織細胞の代謝活性変化やRNA-seq法などによる遺伝子解析により、組織の表現型変化だけでなく、細胞内シグナル伝達変化についても詳細な解析を進めていく。
また、TEERをBOC内において測定する電極の実装においては、トポロジー最適化という形状決定法を応用する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
