A study of organoid formation on a floating culture using an aqueous two-phase system
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22K12790
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
矢口 俊之 東京電機大学, 理工学部, 教授 (70385483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大越 康晴 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (10408643)
加藤 綾子 三条市立大学, 工学部, 教授 (30318159)
村松 和明 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90408641)
住倉 博仁 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (20433998)
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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 | オルガノイド / 浮遊培養 / 水性二相系 / スフェロイド / 微小重力 |
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| Outline of Research at the Start |
臓器の再生や，臓器の構造を一部再現し，その機能を備えた細胞組織は，複数の種類の細胞からなる立体的集合体である．それを作製するには細胞を三次元的に配置，培養し，“三次元組織”として形成する必要がある．本研究では，水溶液でありながら"水と油"のように分離する水性二相系（Aqueous Two Phase System, ATPS）法を用い，細胞を高密度に培養液中に浮遊した状態で培養することで細胞凝集塊を形成することを目指す．また，それを部品としてブロックのように三次元的に組み立てて培養することでオルガノイドが構築可能かを検証し，その組織形成過程を解析して新たな知見を得る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生医療とその周辺技術は急速に発展しつつあり，一部では臨床応用もされている．また，近年ではスフェロイドやオルガノイドを創薬分野で応用する期待も高まっている．これらのニーズに対し，スフェロイドやオルガノイドを簡便に，再現性よく，産業応用（大量生産）も可能な，さらに細胞組織としての機能を備えた状態で形成する手法の確立が求められている．そこで本研究では，接着性細胞の局所的高密度浮遊培養によるオルガノイド形成法の確立を目指す．これまでに我々は水溶性にも関わらず“水と油”のように分離する水溶性二層培養液（Aqueous Two Phase System, ATPS）を用い，細胞の平面培養と二次元パターニングに関する報告をしてきた．この二層に分かれる培養液を用いることで，接着性細胞を液体中の液滴内に高密度に閉じ込めた状態で浮遊培養を行うことで相互接着を促し，それによってスフェロイドを形成する．さらにそのスフェロイドを複数個融合させることによってオルガノイド形成を目指す．本手法によりオルガノイドの新たな構築技術が開発されれば，再生医療に向けた細胞組織・臓器の再生や，創薬分野における薬効スクリーニングやテーラーメイド医療等にも有用であると考える．
計画初年度では，浮遊培養システムの新規試作を行い，それを用いたスフェロイドの試作を行った．また，ATPS培養液の基本特性評価として，分子量，濃度，混合比等について検討した．浮遊培養システムについては細胞懸濁液滴を撮影した連続画像を解析することによりポンプシステムの制御を可能とした．これにより，スフェロイドやオルガノイドを数日～数週間程度，安定的に浮遊培養させることが可能となるが，今後はATPS培養液の時間に対する安定性を確認しつつスフェロイドやオルガノイドを形成し，その機能評価を行う予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度には二相系液体の浮遊培養部分に対する流体力学的解析を実施する予定であったが，液体の中の液滴内部に懸濁された細胞をシミュレーションするための流体力学的モデルは一般的な手法で解析するのが困難であることが現在までの文献調査で明らかとなった．今後，数値流体解析を行うためのソフトウェアであるOpenFOAMについて習熟し，よりシンプルなモデルで浮遊培養について培養の時間効率化についての解析を実施する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的な計画に変更の必要性は無い．初年度に構築した浮遊培養システムを用いたスフェロイド形成を実施して，システムの完成度を高めつつ，スフェロイドサイズのコントロールや形成されたスフェロイド自体の分析・評価を行う．また，スフェロイド同士を融合させる基礎実験を行い，細胞組織として機能を備えたオルガノイド形成の基礎実験を行ってゆく予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
