Reconstitution of the higher-order structure of the human kidney based on stromal progenitor induction

• Project/Area Number: 21H05050
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section I
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 西中村 隆一 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (70291309)
• Project Period (FY): 2021-07-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥189,280,000 (Direct Cost: ¥145,600,000、Indirect Cost: ¥43,680,000); Fiscal Year 2025: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000); Fiscal Year 2024: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000); Fiscal Year 2023: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000); Fiscal Year 2022: ¥36,790,000 (Direct Cost: ¥28,300,000、Indirect Cost: ¥8,490,000); Fiscal Year 2021: ¥42,120,000 (Direct Cost: ¥32,400,000、Indirect Cost: ¥9,720,000)
• Keywords: 腎臓発生 / 間質前駆細胞 / iPS細胞

Outline of Research at the Start

腎臓は3つの前駆組織の相互作用によって形成される複雑な臓器である。申請者は、そのうち二つの試験管内誘導法を開発済みである。本計画では、３つ目の間質前駆細胞の誘導法を開発し、他の二つと組み合わせることによって、多能性幹細胞（マウスES細胞とヒトiPS細胞）から腎臓本来の高次構造を再構築することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

腎臓はネフロン前駆細胞、尿管芽、間質前駆細胞という3つの前駆組織の相互作用によって形成される。申請者はこれまでに、マウスの発生学的知見に基づいてマウスES細胞及びヒトiPS細胞からネフロン前駆細胞と尿管芽の試験管内誘導法（腎オルガノイド作製法）を報告してきた。そこで本計画では、３つ目の間質前駆細胞の誘導法を開発し、前2者と組み合わせることによって、分岐構造の周囲に機能ユニットが配置された腎臓本来の高次構造を再構築することを目的とする。これに際してマウスとヒトの種差を解明することによって、ヒトでこれを達成する。さらに移植によって血流・尿路を確保して成熟させ、尿を産生して排出するという腎臓機能をオルガノイドに獲得させる計画である。本年度は以下の研究を行った。
1. ヒト間質前駆細胞の誘導：シングルセル RNAシークエンスによって同定した間質前駆細胞で発現するマーカーやシグナル分子をもとに、ヒトiPS細胞から間質前駆細胞を誘導した。それを遺伝子発現と腎臓構造構築能で検定することによって、誘導条件を改善した。また他の２つの前駆細胞（ネフロン前駆細胞と尿管芽）の誘導条件改善も行った。
2. 尿管周囲間質前駆細胞の誘導：尿管周囲の間質は、これまでに誘導してきた腎臓内間質前駆細胞とは異なるもう一つの間質前駆細胞に由来する。この尿管周囲間質前駆細胞をマウスES細胞から誘導し、シングルセル RNAシークエンスで検証することによって誘導法を改良した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒト間質前駆細胞の誘導法及びマウス尿管周囲間質細胞の誘導法をほぼ確立したため。

Strategy for Future Research Activity

ヒト iPS細胞から誘導した間質前駆細胞を他の前駆細胞と組み合わせることで、高次構造を持ったヒト腎臓を作製し、さらには尿管を持った腎臓組織の構築を目指す。

Assessment Rating

Interim Assessment Comments (Rating)

A+: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, more progress has been made in research than expected.

Research Products

• [Int'l Joint Research] Asia Kidney Regeneration(中国)
• [Int'l Joint Research] Lithuanian University of Health Sciences(リトアニア)
• [Int'l Joint Research] Indiana University(米国)
• [Int'l Joint Research] Indiana University(米国)
• [Int'l Joint Research] Indiana University(米国)
• [Journal Article] Advances and challenges toward developing kidney organoids for clinical applications (2023)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 30 Issue: 8 Pages: 1017-1027
  • DOI: 10.1016/j.stem.2023.07.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kidney Bioengineering for Transplantation (2023)
  • Author(s): Ibi Yutaro、Nishinakamura Ryuichi
  • Journal Title: Transplantation Volume: 107 Issue: 9 Pages: 1883-1894
  • DOI: 10.1097/tp.0000000000004526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of the organotypic kidney structure by integrating pluripotent stem cell-derived renal (2022)
  • Author(s): 2.Tanigawa S, Tanaka E, Miike K, Ohmori T, Inoue D, Cai C-L, Taguchi A, Kobayashi A, Nishinakamura R
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 611-611
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28226-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 固形臓器（腎臓）の統合的再構成 (2024)
  • Author(s): 西中村 隆一
  • Organizer: 第23回日本再生医療学会
  • Invited
• [Presentation] Kidney organoids with higher-order structure (2023)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Organizer: 15th International Workshop on Developmental Nephrology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of higher-order kidney structure from pluripotent stem cells (2023)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of 3D kidneys from pluripotent stem cells (2023)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Organizer: Korean Society of Nephrology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 腎臓再生の現状と未来 (2023)
  • Author(s): 西中村 隆一
  • Organizer: 第110回日本泌尿器科学会
  • Invited
• [Presentation] Generation of the 3D kidney from pluripotent stem cells (2023)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 多能性幹細胞由来の腎臓高次構造の構築 (2023)
  • Author(s): 西中村 隆一
  • Organizer: 第22回日本再生医療学会
  • Invited
• [Presentation] Defining the maturation of kidney cells with single-cell sequencing and functional predictions (2022)
  • Author(s): Nishinakamura Ryuichi
  • Organizer: American Society of Nephrology: Kidney Week
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of the organotypic kidney structure solely from pluripotent stem cells (2022)
  • Author(s): Shunsuke Tanigawa, Nishinkamura Ryuichi
  • Organizer: International Society of Stem Cell Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多能性幹細胞から腎臓を丸ごと作る (2022)
  • Author(s): 西中村 隆一
  • Organizer: 第52回日本腎臓学会西部学術大会
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞由来オルガノイドを用いたヒト腎臓発生と病態の解析 (2022)
  • Author(s): 西中村隆一
  • Organizer: 第95回日本薬理学会
  • Invited
• [Presentation] Organoid-based analysis of kidney development (2021)
  • Author(s): Nishinakamura R
  • Organizer: SDB2021 International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Building a more perfect organoid: to the ureteric bud and beyond (2021)
  • Author(s): Nishinakamura R
  • Organizer: Kidney Week 2021 (American Society of Nephrology)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Kidney organoids for modeling human development and disease (2021)
  • Author(s): Nishinakamura R
  • Organizer: ASHBi Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of 3D kidney organoids from pluripotent stem cells (2021)
  • Author(s): Nishinakamura R
  • Organizer: 13th Gfe School: Stem cells, development, and regeneration
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所 腎臓発生分野
  • URL: https://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/kidney_development/
• [Remarks] 熊本大学 発生医学研究所 腎臓発生分野
  • URL: https://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/kidney_development/