| Project/Area Number |
23K17345
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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 27:Chemical engineering and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
亀井 謙一郎 京都大学, 高等研究院, 研究員 (00588262)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
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| Keywords | 胚盤胞 / ヒト多能性幹細胞 / 分化誘導 / 組織チップ / ブラストイド / ハイドロゲル / 着床 / マイクロ流体デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
受精してから数日後に形成される胚盤胞は、子宮に着床後、胎児へと発達する細胞凝集塊である。着床過程は胚と母体を結びつける最初のステップである一方、生殖補助医療では着床障害などが大きな問題となっており、その理解と対応策が生殖補助医療の発展には重要となる。しかし、この胚盤胞の着床に至る過程は、実験動物を用いた研究から種間差が大きいこと、かつ倫理的な観点から研究が困難であり、未だに不明な点が多い。そこで本研究では、受精卵由来胚盤胞を用いずに胚盤胞の着床過程を解明することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
胚盤胞は受精後数日で形成され、子宮に着床して胎児に発達する重要な細胞集団である。着床は母体との結びつきの初めであり、生殖補助医療において着床障害は大きな課題である。これを理解し対処することが、生殖医療の進展に必須である。ただし、実験動物を使った研究には種間差が大きく、倫理的な制約もあるため、この過程の詳細はまだ不明である。
この課題に対処するため、本研究で我々は受精卵を使わずに人工胚盤胞を作り出し、着床の過程を体外で模倣する組織チップ技術を開発することを目的としていた。組織チップは生体内の組織機能を再現する技術で、主にヒト多能性幹細胞（hPSCs）とマイクロ流体デバイスを使用する。これにより、着床過程の解明や関連疾患の研究、新しい治療法の開発へと貢献する。我々の研究グループは既にhPSCsからブラストイド（人工胚盤胞）の作製に成功しており、これを用いて生体外での着床試験を開発する。組織チップの基礎技術であるマイクロ流体デバイスを使って子宮内膜を再現し、胚盤胞の着床過程を模倣する研究する。本研究の目的を達成るるための実施予定の項目として、ブラストイドの高効率作製法開発、子宮内膜の再現、そしてブラストイドを用いた着床過程の分子・細胞生物学的解析が含まれる。これにより、着床の分子機構の解明や初期発生に関連する疾患の研究、さらには新しい治療法の開発に繋がる重要な知見が得られることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年に引き続き、本年度も子宮内の生理的微小環境を再現するマイクロフルイディック組織チップの開発に着手し、培養材料の選定、流路設計、酸素および栄養勾配の制御機構の最適化を含む包括的な設計検討を経て、第一世代となるプロトタイプの作製に成功した。現在は、ヒト多能性幹細胞由来ブラストイドをチップ内に導入し、着床過程を模倣した三次元組織動態やサイトカインシグナルの時空間的変化をリアルタイムで解析する実証実験を実施しており、チップの機能的妥当性と再現性の検証を進めている段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度では、まずガイドRNA設計、ドナーコンストラクト構築、および一細胞レベルでのクローニング工程を含むCRISPR/Cas9遺伝子編集プロトコルを確立し、蛍光レポーターをホモノックインしたヒト多能性幹細胞（hPSC）株を樹立する予定である。得られたクローンについては、オフターゲット解析、karyotype解析、ならびに多系統分化能評価を通じて品質管理を徹底する。同時に、応募者がこれまでに開発してきた高精度マイクロパターニングおよびヒドロゲル化学修飾技術を基盤として、細胞外基質組成、剛性、微細形状、溶解型シグナル因子濃度勾配などを体系的に変調できる細胞外環境ライブラリを構築する。これら二つの基盤技術を統合し、レポーター発現を指標とするライブセルイメージングおよびハイスループット解析系を用いて、ブラストイド形成効率と系譜特異的分化バランスを飛躍的に向上させる最適な細胞外微小環境条件を網羅的に同定する計画である。
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