Development and demonstration of a patient tissue-derived 3D tumor-on-a-chip for evaluation of T cell function in cancer immunotherapy
Project/Area Number |
22K12778
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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Research Institution | University of Tsukuba |
Principal Investigator |
三嶋 雄太 筑波大学, 医学医療系, 助教 (80770263)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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Keywords | Cancer Immunotherapy / MPS / Cancer-on-a-chip / 血管内皮細胞 / 免疫細胞 / AI画像解析 / ユニバーサルiPS細胞 / CAR-T cell / iPS細胞 / マイクロ流体デバイス / CAR-T細胞 / 遺伝子治療 / Tancer-on-a-chip |
Outline of Research at the Start |
本研究では申請者が開発に関わってきたがん模倣デバイス技術を応用することで 1)血管網を介したT細胞とがん組織との遠隔での相互作用 2)がん組織が形成する微小環境における近距離での細胞間相互作用の2点が評価可能な、新しいタイプの Tumoron-a-chip モデルの構築 に取り組む。この in vitroの評価モデルと光学的観察系を構築することで、T細胞ががん微小環境内の細胞へ与える免疫反応を評価可能にすることを目指す。このような、生体内を模倣した評価モデルが構築可能となれば、これまで明らかにできなかった事象にアプローチすることができ、有効性の高いT細胞製剤開発技術の飛躍的向上につながる。
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Outline of Annual Research Achievements |
固形がんにおけるがん免疫において、体の局所に存在する腫瘍を特異的に傷害するためには、血液がんのそれとは異なり、免疫細胞が血管を通って遊走し、腫瘍組織への浸潤の後、標的を認識し、活性化と増殖を通して標的を傷害するプロセスが必要である。従って、固形がんにおける免疫T細胞の腫瘍への遊走能力や浸潤能力がいかにして制御されているか、そのメカニズムと細胞傷害性効果との関係を明らかにすることができれば、固形がんにおけるがん免疫療法の抗腫瘍効果を向上させることが可能と考えられる。 本研究は、実際のがん患者由来組織、マイクロ流体デバイス技術、iPS細胞技術の3つの要素を組み合わせることによって、がん腫瘍組織を模倣したデバイスの開発を行い、体外でT細胞とがん腫瘍組織の相互作用をイメージング評価可能な in vitro モデル(免疫細胞を評価可能なTumor-on-a-chip)を構築する。それと同時に、このモデルを利用することで初めて検証可能となるT細胞機能評価を行い、その有用性の実証を目指す。 本年度は、患者さんごとに事前に免疫細胞や免疫チェックポイント阻害剤の効果を評価できるようにするため、2つのがん患者由来オルガノイドを開発中のシステムに取り入れることを進めた。また、観察ツールとして光学的に血管内皮細胞と他の細胞を区別できるように、iPS細胞の時点で蛍光タンパク質を導入した株を利用し血管内皮細胞を作製、デバイス中で蛍光免疫染色操作を行わずに区別可能にすることに成功した。
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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
本計画課題は具体的には以下の4つの問いに対し、T細胞の応答を解析することで段階的に進めていく予定である。 ① 免疫原性を抑制したiPS細胞血管網を用いたTumor-on-a-chip構築により免疫拒絶反応を起こさず、T細胞の抗腫瘍効果・免疫抑制効果が再現可能か?② 抗原特異的な受容体を搭載したT細胞と、搭載していないT細胞の比較において標的細胞に対する反応の違いがデバイスにより評価可能か?③ 複数の患者由来オルガノイドを用いて評価を行い、腫瘍ごとの効果の違いが評価可能か?④ 免疫チェックポイント阻害剤の有無におけるT細胞の抗腫瘍効果の評価が可能であるか? この中で、今回は特に③の問に応えるために下記の進捗を見せた。 a.2種類の患者由来オルガノイド(CTOS法にて樹立、F-PDOライブラリーから取得)を使用して、これまで構築してきた Tumor-on-a-chip を作製できるか、用いる細胞(がん細胞、iPS細胞由来血管内皮細胞、がん線維芽細胞)の含有率の条件検討を行い、血管網が評価可能な Tumor-on-a-chip を形成できる条件を最適化した。 b.オルガノイドに混合するiPS細胞由来血管内皮細胞に関して、CRISPR/Cas9システムにより蛍光タンパク質を新たに導入したiPS細胞株を用いて、血管内皮細胞を作製し、その血管内皮細胞が3次元培養可能であることを確認した。これにより免疫染色不要で細胞腫を光学的に判別できる血管内皮細胞を得ることができた。
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Strategy for Future Research Activity |
現在、概ね当初目的としていた段階には到達するように着実に進捗を見せている。今後は本年度までに完了した、がんオルガノイドの構成細胞比率と蛍光色素導入iPS細胞由来血管内皮細胞を用いて、患者由来オルガノイドを用いて評価を行い血管網を接続した Tumor-on-a-chip を作製することができるか確認する。 上記と並行して、完成したデバイスによりT細胞の機能評価を行うため、T細胞側にレポーターを導入することで、構築した腫瘍オルガノイド内での機能を追跡し、T細胞の機能評価を通して、新規な患者由来がん腫瘍模倣モデルの開発に取り組む。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)