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ヒト関節軟骨オルガノイドを利用した革新的創薬スクリーニング技術の開発

Research Project

Project/Area Number 23K21368
Project/Area Number (Other) 21H02643 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 47060:Clinical pharmacy-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

宝田 剛志  岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (30377428)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 戸口田 淳也  京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点教授 (40273502)
高尾 知佳  岡山大学, 医歯薬学域, 講師 (40612429)
山田 大祐  岡山大学, 医歯薬学域, 研究准教授 (50733680)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywordsヒト多能性幹細胞 / iPS細胞 / 軟骨 / 創薬スクリーニング / 軟骨細胞 / iPS
Outline of Research at the Start

開発したヒト軟骨前駆細胞を細胞源とし、均一大量に作製したOA病態ヒト関節軟骨オルガノイドによるハイスループット化合物スクリーニング系を開発することで、OA治療候補化合物を同定し、独自に開発する疾患モデル動物での治療効果を検証することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、開発したヒト軟骨前駆細胞を細胞源とし、均一大量に作製したOA病態ヒト関節軟骨オルガノイドによるハイスループット化合物スクリーニング系を開発することで、OA治療候補化合物を同定し、独自に開発する疾患モデル動物での治療効果を検証することを目指す。この点において昨年度までに、OA病態を模倣するDOX誘導性の病態模倣軟骨オルガノイドを作製することに成功した。これを受けて本年度は、大量に軟骨オルガノイドを作製する方法論の開発を行った。細胞培養液の入った攪拌型バイオリアクター内にヒトiPS細胞由来のExpLBM細胞を播種し、細胞凝集塊を作製した。続いて培地を軟骨分化誘導培地に交換し、培養することで大量の球状培養組織を得た。これらの組織はサフラニンO染色やトルイジンブルー染色陽性であり、硝子軟骨様であった。さらにRT-qPCR解析により軟骨マーカーであるCOL2A1やACANが有意に上昇しており、免疫染色においてもこれらの軟骨マーカーは陽性の所見を示した。作製できた軟骨組織体を免疫不全ラットの膝関節欠損モデルに移植すると、ヒト特異的ビメンチン陽性で示唆されるように、ヒト移植片の膝関節軟骨への生着を確認することが出来た。本法では研究用のiPS細胞株である414C2株だけでなく、臨床応用可能なHLAホモドナーのiPS細胞株のFf-I 14s04株においても同様の結果を示すことができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究遂行に必須なツールが開発が当初の計画通りに進んでいる

Strategy for Future Research Activity

これまで開発したツールをつかって、実質的な薬剤スクリーニングを実施するため、まずは自動分注プラットフォームの実験系を立ち上げる。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] A novel chondrocyte sheet fabrication using human-induced pluripotent stem cell-derived expandable limb-bud mesenchymal cells2023

    • Author(s)
      Takao Tomoka、Sato Masato、Fujisawa Yuki、Toyoda Eriko、Yamada Daisuke、Hitsumoto Yukio、Nakata Eiji、Ozaki Toshifumi、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      Stem Cell Research & Therapy

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 34-34

    • DOI

      10.1186/s13287-023-03252-4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of shape-designable cartilage from human induced pluripotent stem cell-derived chondroprogenitors using a cell self-aggregation technique2023

    • Author(s)
      Tomoyuki Ota, Tomoka Takao, Ryosuke Iwai, Takeshi Moriwaki, Yohei Kitaguchi, Yuki Fujisawa, Daisuke Yamada, Yoshihiro Kimata and Takeshi Takarada
    • Journal Title

      Biomedical Materials

      Volume: 18 Issue: 6 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1088/1748-605x/ad02d1

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of cartilage tissue using a stirred bioreactor and human iPSC-derived limb bud mesenchymal cells2023

    • Author(s)
      Fujisawa Yuki、Takao Tomoka、Yamada Daisuke、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 687 Pages: 149146-149146

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2023.149146

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of Surface Antigens That Define Human Pluripotent Stem Cell-Derived PRRX1+Limb-Bud-like Mesenchymal Cells2022

    • Author(s)
      Yamada Daisuke、Takao Tomoka、Nakamura Masahiro、Kitano Toki、Nakata Eiji、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 5 Pages: 2661-2661

    • DOI

      10.3390/ijms23052661

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A protocol to induce expandable limb-bud mesenchymal cells from human pluripotent stem cells2022

    • Author(s)
      Takao Tomoka、Yamada Daisuke、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      STAR Protocols

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 101786-101786

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2022.101786

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of scaffold-free mesenchyme tissue bands by cell self-aggregation technique for potential use in tissue regeneration2022

    • Author(s)
      Ota Tomoyuki、Iwai Ryosuke、Kitaguchi Yohei、Takarada Takeshi、Kimata Yoshihiro
    • Journal Title

      Biomedical Materials

      Volume: 17 Issue: 6 Pages: 065021-065021

    • DOI

      10.1088/1748-605x/ac9c7f

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Establishment of a human pluripotent stem cell-derived MKX-td Tomato reporter system2022

    • Author(s)
      Fujisawa Yuki、Ming Lu、Yamada Daisuke、Takao Tomoka、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      Stem Cell Research & Therapy

      Volume: 13 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s13287-022-03203-5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oncogenic potential of human pluripotent stem cell‐derived lung organoids with <scp>HER2</scp> overexpression2021

    • Author(s)
      Miura Akihiro、Yamada Daisuke、Nakamura Masahiro、Tomida Shuta、Shimizu Dai、Jiang Yan、Takao Tomoka、Yamamoto Hiromasa、Suzawa Ken、Shien Kazuhiko、Yamane Masaomi、Sakaguchi Masakiyo、Toyooka Shinichi、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      International Journal of Cancer

      Volume: 149 Issue: 8 Pages: 1593-1604

    • DOI

      10.1002/ijc.33713

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Induction and expansion of human PRRX1+ limb-bud-like mesenchymal cells from pluripotent stem cells2021

    • Author(s)
      Yamada Daisuke、Nakamura Masahiro、Takao Tomoka、Takihira Shota、Yoshida Aki、Kawai Shunsuke、Miura Akihiro、Ming Lu、Yoshitomi Hiroyuki、Gozu Mai、Okamoto Kumi、Hojo Hironori、Kusaka Naoyuki、Iwai Ryosuke、Nakata Eiji、Ozaki Toshifumi、Toguchida Junya、Takarada Takeshi
    • Journal Title

      Nature Biomedical Engineering

      Volume: 5 Issue: 8 Pages: 926-940

    • DOI

      10.1038/s41551-021-00778-x

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] O‐GlcNAcylation drives calcium signaling toward osteoblast differentiation: A bioinformatics‐oriented study2021

    • Author(s)
      Weng Yao、Wang Ziyi、Fukuhara Yoko、Tanai Airi、Ikegame Mika、Yamada Daisuke、Takarada Takeshi、Izawa Takashi、Hayano Satoru、Yoshida Kaya、Kamioka Hiroshi、Okamura Hirohiko
    • Journal Title

      BioFactors

      Volume: 47 Issue: 6 Pages: 992-1015

    • DOI

      10.1002/biof.1774

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 四肢骨格の発生過程を利用したヒト軟骨再生研究2023

    • Author(s)
      宝田剛志
    • Organizer
      第96回日本整形外科学会学術総会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] iPS細胞技術を利用したヒト四肢骨格発生過程の理解と、再生医療への応用2023

    • Author(s)
      宝田剛志
    • Organizer
      第95回日本組織培養学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ヒト多能性幹細胞を利用した運動器の医学研究2022

    • Author(s)
      宝田剛志
    • Organizer
      第6回リハビリテーション医学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ヒト多能性幹細胞に由来する分化指向性間葉系前駆細胞集団の選別単離方法の開発と、その医学応用2021

    • Author(s)
      宝田 剛志
    • Organizer
      第124回岡山県医用工学研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒト多能性幹細胞から肢芽間葉系細胞への分化誘導技術の開発2021

    • Author(s)
      明路, 山田大祐, 髙尾知佳, 中村正裕, 戸口田淳也, 宝田剛志
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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