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幹細胞培養系に出現するシンギュラリティ細胞の検出および解析技術の開発

Publicly Offered Research

Project AreaSingularity biology
Project/Area Number 21H00418
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

難波 大輔  東京大学, 医科学研究所, 准教授 (10380255)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords表皮幹細胞 / 深層学習 / 表皮角化幹細胞 / 機械学習
Outline of Research at the Start

患者自身の表皮幹細胞を用いた培養表皮シートの作製と移植は、多く患者の命を救ってきた再生医療の先駆けとして知られている。本研究計画は、培養表皮シートの製造プロセスにおける予測不能な要因の一つである異質細胞=シンギュラリティ細胞の出現を検出する手法と、その出現機構を明らかにするものであり、本研究の成果は、幹細胞の自己複製能の維持機構という幹細胞生物学における主要テーマの解明という学術的な領域のみに留まらず、幹細胞を用いた再生医療の基盤技術として、広く社会に貢献するものである。

Outline of Annual Research Achievements

重度熱傷などへの再生医療に用いられている培養ヒト表皮幹細胞は、自己複製を繰り返しながら、幹細胞コロニーを形成する。しかしながら、突如として幹細胞コロニー内に自己複製能を消失した異質な細胞が生まれる。このような異質細胞が出現した幹細胞コロニーでは、連鎖的に他の多くの幹細胞が分裂停止し、分化した分裂停止コロニーへと形質転換する。すなわち、均一な幹細胞集団内に生まれた一つの異質な細胞=シンギュラリティ細胞が、幹細胞集団そのものを消失させる。この異質細胞の出現は、再生医療の大きなリスクとなっている。異質細胞出現の機構は不明であるが、申請者らは、前回の本領域公募研究の支援を受け、機械学習と物体追跡の手法を組み合わせ独自に開発した自動細胞追跡システムDeepACTによって、細胞運動能を指標にヒト表皮幹細胞コロニーに出現するシンギュラリティ細胞を非侵襲的に同定することに成功した。本研究では、ヒト表皮幹細胞コロニーに突如現れるシンギュラリティ細胞をDeepACTによって探知追跡しつつ、その出現機構や周辺細胞への影響を、新規に開発する細胞系譜解析システムと単一コロニーを構成する100個以下の細胞群からのシングルセル解析を組み合わせることによって明らかにする。シンギュラリティ細胞の出現機構と幹細胞コロニー全体への影響の解明は、幹細胞を用いた再生医療の進展に大きく貢献する。本研究では、我々の開発したDeepACTを超広視野イメージングシステムであるAMATERASで得られた画像に応用する研究を行い、細胞の輸送方法や、現地での培養、実際にデータを取得するところまでを行うことができた。今後、解析を行う予定である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Low temperature and mTOR inhibition favor stem cell maintenance in human keratinocyte cultures.2023

    • Author(s)
      Nanba D, Sakabe J, Mosig J, Brouard M, Toki F, Shimokawa M, Kamiya M, Braschler T, Azzabi F, Droz-Georget Lathion S, Johnsson K, Roy K, Schmid CD, Bureau JB, Rochat A, Barrandon Y.
    • Journal Title

      EMBO Reports

      Volume: - Issue: 6

    • DOI

      10.15252/embr.202255439

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Label-free quality control and identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based automated cell tracking2021

    • Author(s)
      Hirose T, Kotoku J, Toki F, Nishimura EK, Nanba D
    • Journal Title

      Stem Cells

      Volume: 39 Issue: 8 Pages: 1091

    • DOI

      10.1002/stem.3371

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] EGFR-mediated epidermal stem cell motility drives skin regeneration through COL17A1 proteolysis2021

    • Author(s)
      Nanba D, Toki F, Asakawa K, Matsumura H, Shiraishi K, Sayama K, Matsuzaki K, Toki H, Nishumura EK.
    • Journal Title

      J Cell Biol

      Volume: 220 Issue: 11

    • DOI

      10.1083/jcb.202012073

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] XVII型コラーゲン分解制御と創傷治癒における表皮角化幹細胞動態制御2023

    • Author(s)
      難波大輔、土岐富士緒、浅川杏佑、松村寛行、白石研、佐山浩二、松崎恭一、土岐博、西村栄美
    • Organizer
      第22回日本再生医療学会総会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] EGFR-mediated epidermal stem cell motility drives skin regeneration through COL17A1 proteolysis2022

    • Author(s)
      難波大輔
    • Organizer
      第19回幹細胞シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Alteration of human epidermal stem cell behavior in temperature fluctuations2022

    • Author(s)
      難波大輔
    • Organizer
      第55回日本発生生物学
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Epidermal stem cell dynamics during skin regeneration2022

    • Author(s)
      難波大輔
    • Organizer
      第74回日本細胞生物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 皮膚の再生・老化とXVII型コラーゲン分解制御2022

    • Author(s)
      難波大輔
    • Organizer
      第27回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] EGFR-madiated epidermal stem cell mortility drives skin regeneration through COL17A1 ptoteolysis2022

    • Author(s)
      Daisuke Nanba, Fujio Toki, Kyosuke Asakawa, Hiroyuki Matsumra, Ken Shiraishi, Koji Sayama, Kyoichi Matsuzaki, Hiroshi Toki, Emi K. Nishimura
    • Organizer
      日本研究皮膚科学会 第47回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Label-free quality control and identification of human keratinocyte stem cells by deep learning-based automated cell tracking2021

    • Author(s)
      Hirose T, Kotoku J, Toki F, NIshimura EK, Nanba D
    • Organizer
      日本研究皮膚科学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

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