細胞伸展デバイスの開発と高効率な血液細胞分化誘導法への応用

• Project/Area Number: 23K21126
• Project/Area Number (Other): 21H01970 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Japan Women's University
• Principal Investigator: 佐藤 香枝 日本女子大学, 理学部, 教授 (40373310)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: マイクロデバイス / 血液細胞分化 / OP9細胞 / 力学的刺激

Outline of Research at the Start

すべての血液の源である造血幹細胞は、胎性初期の大動脈で発生する。発生には血流による力学的刺激が重要であることがAdamoらにより報告され、それ以来、多くの研究者が細胞へ与えるずり応力に着目して研究を進めているが高効率な分化誘導法は確立されていない。一方、当研究室では血管壁への血流の与える刺激はずり応力以外に細胞の伸展刺激があると考え研究を進めている。
本研究では、細胞伸展デバイスを開発し、伸展刺激を与えたOP9細胞の機能の変化を、遺伝子の転写量、タンパク質の発現、サイトカイン類の分泌など調べる。最終的に力学的刺激を積極的に使った血液細胞分化誘導法の研究に貢献する基盤技術を確立することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

血幹細胞の発生時に転写量が増える遺伝子の一部は、今回使用しているOP9細胞を細胞集塊にして培養すると増えることがMcGarveyらにより報告されている(J Exp Med. 2017)。これらの遺伝子は分化誘導に関与する可能性がある。本研究では、OP9細胞に伸展刺激を与えたときに、これらの遺伝子の中で転写量が増えるものを見いだし、これらの遺伝子を過剰発現させたOP9細胞の作製を試みた。3種類の遺伝子の過剰発現株が作製でき、これらの細胞を用いて血液細胞への分化誘導への影響を調べたところ、3つの細胞はどれも分化誘導を促進することが見いだされた。現在、これらの細胞株でタンパク質レベルで過剰発現されているのかどうかウエスタンブロッティングを用いて解析している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定通り見いだした3種類の遺伝子の過剰発現株細胞の作製に成功し、ES細胞の血液細胞への分化誘導への効果を検証できたことから、おおむね順調に進展しているとした。

Strategy for Future Research Activity

細胞内外シグナル伝達物質の定量をこれらの遺伝子の過剰発現株を用いて行う。リアルタイムPCRによる定量も試みる。

Research Products

• [Journal Article] Gelatin-based cell culture device for construction and X-ray irradiation of a three-dimensional oral cancer model (2023)
  • Author(s): Bessho Tomoka、Takagi Tomoko、Igawa Kazuyo、Sato Kae
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: - Issue: 6 Pages: 771-778
  • DOI: 10.1007/s44211-023-00308-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of a Gelatin-Based Microdevice for Vascular Cell Culture (2022)
  • Author(s): Sasaki Satoko、Suzuki Tomoko、Morikawa Kyojiro、Matsusaki Michiya、Sato Kae
  • Journal Title: Micromachines Volume: 14 Issue: 1 Pages: 107-107
  • DOI: 10.3390/mi14010107
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 高倍率顕微鏡観察のための着脱可能な培養流路を持つ細胞伸展デバイスの開発と応用 (2023)
  • Author(s): 加藤桃子、雨宮瞳、水留美音、森谷明咲希、佐藤香枝
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第47回研究会
• [Presentation] Development of a cell-stretching culture microdevice with a detachable channel for high magnification microscopy observation (2023)
  • Author(s): Momoko Kato, Hitomi Amemiya, Mio Mizutome, Asaki Moriya, Kae Sato
  • Organizer: Royal Society of Chemistry-Tokyo International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 伸展刺激によって活性化されるOP9細胞の遺伝子が血液細胞分化に与える影響 (2022)
  • Author(s): 池田涼音，北島健二，原孝彦，佐藤香枝
  • Organizer: Chem-Bio Joint Seminar 2022
• [Presentation] 伸展刺激によって活性化されるOP9細胞の遺伝子が血液細胞分化に与える影響 (2022)
  • Author(s): 池田涼音，北島健二，原孝彦，佐藤香枝
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第46回研究会
• [Presentation] OP9細胞の伸展刺激により産生する分泌性血液細胞分化誘導因子の探索 (2022)
  • Author(s): 関根詩乃，佐藤 香枝
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第46回研究会
• [Book] Principles of Human Organs-on-Chips (2023)
  • Author(s): K Sato, K Sato
  • Total Pages: 490
  • Publisher: Woodhead Publishing（Elsevier）
  • ISBN: 9780128236109