消化管上皮修復を可視化する新規プラットフォームの構築

• Project/Area Number: 22KJ2666
• Project/Area Number (Other): 21J21096 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 羽生 ひかる 慶應義塾大学, 医学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: オルガノイド / 小腸上皮幹細胞 / 栄養素吸収 / 炎症性腸疾患 / 消化管上皮修復 / 腸管上皮幹細胞

Outline of Research at the Start

本研究では、近年増加している炎症性腸疾患や他の腸疾患の病態解明、治療開発において理解が求められている消化管上皮の修復機構を理解するため、腸管上皮幹細胞から多様な分化細胞を含む三次元構造体「オルガノイド」による消化管上皮修復モデルの構築を行う。その結果を検証することで、上皮再生メカニズムの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

消化管上皮は絨毛・陰窩構造からなり，陰窩底部に存在する幹細胞から分化した細胞が絨毛部に移動し，多くの細胞が1週間も経たないうちに絨毛部の先端頂部から脱落するというダイナミックな増殖・分化サイクルを有する．このような特徴を模した消化管上皮の体外（in vitro）培養は長年困難であったが，幹細胞ニッチ因子の同定により，小腸上皮幹細胞から多様な分化細胞を含む三次元構造体「オルガノイド」培養法が確立され，様々な分野への応用が加速している．当研究室では，これまでに絨毛構造を模したオルガノイド二次元培養法の構築に成功した（Sugimoto et al. Nature. 2021）が，消化吸収等の機能を有する培養系としての検証は不十分であり，形態だけでなく機能を模倣するオルガノイド培養系の確立が課題であった．本研究は，従来の培養系をさらに改変し，消化吸収などの機能を有した，より生体内の消化管上皮らしいin vitro培養系を開発することを目的として遂行してきた．昨年度までに，絨毛構造を有するオルガノイド二次元培養法を習得し，消化管上皮分化マーカーの発現誘導に成功した．さらに，上皮細胞の機能解析へと段階をすすめ，機能アッセイの結果と相互にフィードバックしながら改変を重ねてきた．今年度は，消化管の主要な機能である栄養素の吸収能に着目し，オルガノイド二次元培養における糖吸収の再現に成功した．本研究における成果をさらに発展させることで，将来的には炎症性腸疾患の病態解明や，消化管上皮の修復機構を検証するための新たなin vitro培養プラットフォームとなることが期待される．

Research Products

• [Journal Article] Genotype-phenotype mapping of a patient-derived lung cancer organoid biobank identifies NKX2-1-defined Wnt dependency in lung adenocarcinoma (2023)
  • Author(s): Ebisudani Toshiki, Hamamoto Junko, Togasaki Kazuhiro, et al.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 3 Pages: 112212-112212
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112212
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visualization of Differentiated Cells in 3D and 2D Intestinal Organoid Cultures. (2023)
  • Author(s): Hanyu Hikaru，Sugimoto Shinya，Sato Toshiro
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2650 Pages: 141-153
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-3076-1_12
  • ISBN: 9781071630754, 9781071630761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell-matrix interface regulates dormancy in human colon cancer stem cells (2022)
  • Author(s): Ohta Yuki、Fujii Masayuki、Takahashi Sirirat、Takano Ai、Nanki Kosaku、Matano Mami、Hanyu Hikaru、Saito Megumu、Shimokawa Mariko、Nishikori Shingo、Hatano Yoshiko、Ishii Ryota、Sawada Kazuaki、Machinaga Akihito、Ikeda Wataru、Imamura Takeshi、Sato Toshiro
  • Journal Title: Nature Volume: 608 Issue: 7924 Pages: 784-794
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05043-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of Quiescent LGR5+ Stem Cells in the Human Colon (2022)
  • Author(s): Ishikawa K, Sugimoto S, Oda M, Fujii M, Toshimitsu K, Sawada K, Shimokawa M, Saito M, Kawasaki K, Ishii R, Taniguchi K, Sato T.
  • Journal Title: Gastroenterology. Volume: 163 Issue: 5 Pages: 1391-1406
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2022.07.081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of short-time treatment with TNF-α on stem cell activity and barrier function in enteroids (2021)
  • Author(s): Saito Yuki、Shimizu Makoto、Iwatsuki Ken、Hanyu Hikaru、Tadaishi Miki、Sugita-Konishi Yoshiko、Kobayashi-Hattori Kazuo
  • Journal Title: Cytotechnology Volume: 73 Issue: 4 Pages: 669-682
  • DOI: 10.1007/s10616-021-00487-y
  • Peer Reviewed / Open Access