| Project/Area Number |
23K23144
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| Project/Area Number (Other) |
22H01876 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 康行 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00235128)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西川 昌輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40843149)
DANOY MATHIEU 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90882621)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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| Keywords | ヒトiPS細胞 / 大量培養 / 高密度培養 / 透析操作 / 未分化増幅 / 肝分化 / 透析 / 幹細胞 / 肝細胞分化 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒト人工多能性幹細胞(iPS細胞)の大量培養には多くの高価な増殖因子類を必要とすることが実用化への大きな隘路である．そこで本研究では，ヒトiPS細胞凝集体の浮遊培養について小型の流加・透析培養システムを構築し，未分化増幅および肝臓細胞への分化における超高密度化とコスト低減の限界を明らかとすることを目的とする．具体的には，多糖類の添加で物理的障害を抑制しつつ透析モジュールによる毒性老廃物除去とカプセル化フルオロカーボンでの酸素富化を行うことで超高密度化を達成し，添加増殖因子の温存と自己分泌因子のフル活用を通じて，培養コストの削減を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度，小型の透析・流加培養システムにて，肝分化プロセスに関する検討を行い，最終の第四ステップでは，その主要因が本分化プロトコールでは支持されない非実質細胞によるものであったことから，高密度透析によるコスト削減効果は1/2程度にとどまったが，全分化過程では1/10程度のコスト削減が達成された．そこで本年度は，まず，前年度に構築したホローファイバー透析モジュールからなる外部灌流回路を持つシステムの改良を進め，高密度でも各部の目詰まりを最小に抑えることができた．この改良システムを用いて，限外濾過ではなく透析操作で，貴重な増殖因子の中空糸への吸着が抑制できるか否かを検討した．その結果，未分化増幅段階では，限外濾過操作に比べ透析操作によって，FGF2とTGFbの中空糸への吸着による損失が顕著に抑制され，小型システムとほぼ同等の最終到達細胞密度を得ることに成功した．また，肝分化の第一ステップである内胚葉分化においても，透析操作によってアクチビンＡ吸着の顕著な低減が見られ，小型システムと同等の内胚葉分化効率を得ることに成功した．以上の結果は，例え透析膜の分画分子量を増殖因子が透過し得ない小さな値に設定した場合でも，膜内部に培養液を導いてしまう限外濾過では，増殖因子の吸着によるロスが大きな問題となることを示している．これらの結果から，老廃物除去効率は多少低下するものの，透析操作の方が限外濾過に比べてはるかに有効であることが明確となった．現在，このシステムと操作条件を用いて，肝分化第二ステップ以降の検討を開始している．
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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
前年度，ホローファイバー透析モジュールからなる外部回路を加えた灌流培養システムにて，内胚葉分化が著しく阻害される現象とその原因を明らかとしたが，今年度はその解決法として，同じシステムで培養液本体の除去を行わない透析操作にて，貴重な増殖因子の吸着による損失を防ぐことができることを確かめた．スケールアップにおける膜面積増大の隘路となった増殖因子の吸着の問題を解決できたこととなり，今後の細胞コンポアート面とのスケールアップの目途が立った．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の成果に基づき，今後は透析操作にて，小型システムの細胞コンパートメントについてスケールアップを行い，特にコストダウンの一方の鍵である肝分化第四ステップでの増殖因子の必要な最小供給速度を見極める．また，小型システムにおいても，グルコース消費量に対する乳酸生成量の比が高密度化に伴い増大したことから，嫌気呼吸の亢進が疑われ，気液界面からの溶解による酸素供給が不十分である可能性も示唆された．この現象が酸素供給速度の増大で解決されるか否かを灌流培養システムで検討する．すなわち，透析液側の溶存酸素濃度の向上，透析フルオロカーボンベースの人工赤血球の透析液側または培養液側への添加等の効果を，数理シミュレーションをも併用しながら見極める．
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