| Project/Area Number |
22K18342
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 隆一郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (50187259)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 裕 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30835377)
清水 誠 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (40409008)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 小腸オルガノイド / ヒトiPS細胞 / コレステロール |
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| Outline of Research at the Start |
国内外を見渡して食品栄養学・食品科学研究領域でヒトiPS細胞を駆使した研究は皆無であり、本研究構想は先駆的な挑戦と言える。代表らは培養に要する高額コストを1/30～1/100に低減化するiPS由来オルガノイド培養法を独自に確立していて、食品機能をin vivoに極めて近いヒト細胞オルガノイドで解析する試みは、斬新な方法論の導入と言える。昨今、国内のほとんどの食品企業では動物実験を停止しており、代替研究法の導入が急務とされている。このニーズに応えるべく、同時にヒトBiology解析と強く連動した次世代食品栄養学・食品科学領域の開拓のためにも、本研究課題は意義を有している。
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| Outline of Annual Research Achievements |
オルガノイドは臓器特異的幹細胞ならびにその分化細胞群により構築された、極性を持った三次元構造体であり、in vivoで培養可能なミニ臓器ととらえられている。代表者らはヒト小腸組織から、もしくはiPS細胞から小腸オルガノイドを樹立し、種々の実験に用いた。
本実験系の最大のハードルは培養コストが高額である点にある。この問題点を解決すべく、Wnt3a、R-spondin1、Noggin、Hepatocyte growth factorの遺伝子をレンチウイルスシステムによりL細胞に同時発現させ、その培養上清を回収し、オルガノイド樹立に供した。さらに従来から用いられているマトリゲルを安価なコラーゲンゲルで代替することにより、コストを1/100程度まで削減することに成功した。
ヒトiPS細胞小腸オルガノイドより単層上皮細胞を調製し、これまで多用されてきたヒト小腸様培養細胞Caco2と比較検討を行った。その結果、グルコース取り込み、キロミクロン分泌など重要な小腸機能について、iPS由来細胞がよりin vivoに近い活性を有することを明らかにした。
さらにヒトiPS細胞小腸オルガノイドより調製した単層上皮細胞とCaco2細胞を用意し、既知薬理活性を有する化合物ライブラリーを用いた毒性試験を試みた。in vivo小腸上皮細胞の特性を有したiPS由来細胞を用いた大規模薬物探索系を行い、がん細胞であるCaco2細胞とは異なる生理応答を見出すことに成功した。信頼性の高い評価系として、さらなる研究展開に実用可能なことを示すことができた。
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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
ヒトiPS細胞由来小腸オルガノイド実験系の最大のハードルは培養コストが高額である点にある。この問題点を解決すべく、Wnt3a、R-spondin1、Noggin、Hepatocyte growth factorの遺伝子をレンチウイルスシステムによりL細胞に同時発現させ、その培養上清を回収し、オルガノイド樹立に供し、さらに従来から用いられているマトリゲルを安価なコラーゲンゲルで代替することにより、コストを1/100程度まで削減することに成功した。このような技術革新は本技術の汎用性、有用性を著しく高めるものであり、今後の研究発展を加速させることに貢献した。
さらに小腸オルガノイドを用いて、3500種類の薬物スクリーニングを実行し、これまで利用可能であったCaco-2細胞に比べて良好な知見を得られたことも実験系の有用性を示す証として重要な知見となった。
以上のようなこれまでの研究成果より、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで調製したヒトiPS細胞由来小腸オルガノイドは、その遺伝子発現パターンより回腸様の特徴を有していることを確認している。しかし、小腸機能に重要な働きをする因子をすべて十分量発現しているわけではなく、コレステロール代謝については排出ポンプと想定されるABCG5/G8複合体の発現は低い。またカイロミクロン合成に必須なApoB48の編集に関与するApobec1の発現は著しく低く、オルガノイドではApoB100の発現がApoB48を上回る現象が見られ、in vivoでの脂質吸収、分泌を正確に反映する状態にない。生理的条件を少しでもin vivoに近づけるために、レンチウイルス系を用い、低発現な必要遺伝子を遺伝子導入により回復させる試み、手法の確立が必要であり、作業を進行させている。
また、小腸オルガノイド内での現象を解析するのにとどまらず、臓器相関を解析する実験系の開発も必要である。すでに肝臓オルガノイドの開発に成功しており、培地を循環させ、小腸で吸収された栄養素等が肝臓に到達して、生理的作用を発揮する現象を再現するシステムの構築を推進中である。同様にして、小腸－骨格筋についても、ヒトiPS細胞由来骨格筋細胞を用いて臓器相関現象の解析技術の開発を進める。
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