| Project/Area Number |
23K19368
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0702:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
三木 健嗣 大阪大学, ヒューマン・メタバース疾患研究拠点, 特任講師(常勤) (10772759)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 形態形成 / 心臓ルーピング / ヒトiPS細胞 / 心筋細胞 / 心内膜細胞 / engineered development / 心ルーピング |
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| Outline of Research at the Start |
これまでの形態形成の研究では、動物モデルもしくは二次元の細胞レベルでの解析しか方法がなかった。申請者は本年3月まで在籍したマッサチューセッツ総合病院/ハーバード大学医学部のOtt研究室にて、ヒトiPS細胞と組織工学的アプローチにより、より複雑で動的な空間変化をin vitroにおいて再現する「engineered development」というプロセスを開発した。本研究では、4月からの大阪大学への赴任に伴い、このプロセスの更なる検証と遺伝子変異によらない発生異常の疾患研究への応用へ向け、その基盤を構築することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年4月1日付けで大阪大学へ着任し、新しい研究室でのヒトiPS細胞株の拡大培養及び心筋細胞への分化誘導から開始した。心筋細胞への分化誘導はStempro培地を用いた方法で実施し、cardiac troponin T(cTNT)陽性心筋細胞を80%以上の効率で安定的に得られる方法を確立した。この方法を用い、心臓のルーピング時期に相当すると考える分化誘導5-6日目の細胞の発現レベルを確認したところ、NKX2.5やTBX5やTBX20といった心筋前駆細胞の前駆細胞の段階で発現していることを確認した。心臓発生のC-ルーピングの時点はまだ拍動が認められず、これらの遺伝子の発現が認められる時期であるため、この時期の細胞を用いて人工的なheart tubeの作製を実施した。人工heart tubeを作製する際は、3Dプリンターで作製した鋳型に細胞とフィブリノゲン及びコラーゲンを混合し、トロンビンを混合することでゲル化させtubeを作製した。作製したheart tubeを専用のバイオリアクターモデルに設置し、人工的にC-ルーピング様形態→S-ルーピングと模倣させて培養したところ、tube形成後4-5日後にheart tubeの一部で拍動が認められた。そのheart tube組織を免疫染色したところ、cTNT陽性の心室中隔様組織も確認でき、現在はこれらの組織の発現解析及び細胞の再配列が起こっているかを組織学的に詳細に解析しているところである。
本研究のようにin vitroにおいてヒトの形態形成過程の一端を紐解くことができれば、このアプローチは心疾患領域だけでなく様々な疾患領域へ派生していく大きな可能性を持った研究であると考える。
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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
立ち上げも順調に進み、ヒトiPS細胞からの分化誘導、3Dプリンターを用いたheart tubeの作製、そしてバイオリアクターを用いたルーピング形成等、研究計画も当初の予定通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の計画としては、まずはlooping過程での組織解析を実施する。具体的にはC-loopingの過程で変動する遺伝子のNODAL, LEFTY1, PITX2, TBX1/5, HAND1/2遺伝子や、S-looping過程で変動するMEF2C, TBX2/3/5, FGF8,HAND1/2等の組織レベルでの解析をする。これらの変動が認められない場合は、細胞数の変更やルーピングの時間的変化を加えながら検証を進める。
他の項目としてはルーピングの異常による先天性の心疾患を模倣することを試みる。このシステムではバイオリアクターの回転車輪の向きを変更することで様々なloopingを検討することが可能であるため、heart tubeのloopingの向きを左右変えることであったり、角度をずらすことでどの様な現象が生じるかを確認する。
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