酸化ストレスによって引き起こされる細胞システムの形態変化解析とその問題解決

• Project Area: Hyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation
• Project/Area Number: 26106705
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 池田 豊 筑波大学, 数理物質系, 研究員 (70425734)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 酸化ストレス / 細胞培養 / 細胞選別 / 再生医療 / 特許出願 / 論文作成 / 学会発表

Outline of Annual Research Achievements

再生医療や細胞治療分野においては生体より採取した細胞を高純度化し、採取した細胞の機能及び形態を維持した培養技術が求められている。培養中に生じた過剰な活性酸素種はミトコンドリアの酸化還元電位を乱し、細胞の形態を変化させる。我々はこれまでに細胞培養環境において生じる過剰な活性酸素種を消去する培養基材を開発し、これがミトコンドリアの膜電位を変えず、髙活性な細胞状態を保つ事を示してきた。ビタミン等従来の小分子抗酸化剤は細胞内に入り込み正常なレドックス反応を阻害するのに対し、我々が開発した手法は細胞外の過剰な活性酸素のみ消去する点が異なる。本年は開発した技術を細胞選別に展開し、マウス胎児より採取した造血幹細胞を高純度で分別し、未分化性を維持したまま培養する技術の開発を試みた。これまで抗体を固定した磁気ビーズ等による目的細胞の精製が行われてきたものの、抗体の活性低下や細胞の非特異的接着などのため、その選別効果は必ずしも十分とはいえず、回収した細胞も分離器材との接触などにより、期待しない分化や細胞機能及び生存率低下を招くことが問題であった。我々は、細胞の非特異的接着抑制機能と接触等によって生じる活性酸素の消去機能を併せ持つ表面を抗体固定表面に創り込んだ新しい分離基材を設計した。造血幹細胞の未分化マーカーであるCD34に対する抗体と表面処理剤を細胞培養基材に共固定し、マウス胎児から採取した造血幹細胞を培養した。この結果、固定した抗体の機能が維持され、細胞がより高度に純化されるとともに、細胞の未分化性も維持している事が確認された

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A novel biointerface that suppresses cell morphological changes by scavenging excess reactive oxygen species (2015)
  • Author(s): Yutaka Ikeda, Tomoki Yoshinari, Yukio Nagasaki
  • Journal Title: Journal of Biomedical Materials Research, Part A Volume: in press Issue: 9 Pages: 2815-2822
  • DOI: 10.1002/jbm.a.35419
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 酸化ストレスを消去するバイオ界面を用いた細胞選別及び培養技術開発 (2016)
  • Author(s): 池田 豊、吉成友貴、三好浩稔、長崎幸夫
  • Organizer: 第25回インテリジェント材料・システムシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京女子医科大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] 活性酸素を消去するバイオ界面の設計と造血幹細胞分 離への応用 (2015)
  • Author(s): 池田 豊、吉成友貴、三好浩稔、長崎幸夫
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜開港記念館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-12-09
• [Presentation] IMPACT OF SCAVENGING OXIDATIVE STRESS DURING CELL TREATMENTS (2015)
  • Author(s): 30Yutaka Ikeda, Tomoki Yoshinari, Hirotoshi Miyoshi,Yukio Nagasaki
  • Organizer: 7th Biennial Meeting of Society for Free Radical Reseach-Asia
  • Place of Presentation: Chaig Mai, Thailand
  • Year and Date: 2015-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞操作において生じる酸化ストレスを消去するバイオ界面の設計 (2015)
  • Author(s): 池田 豊、吉成友貴、三好浩稔、長崎幸夫
  • Organizer: 第37回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] Construction of the oxidative stress-free cell culture system (2015)
  • Author(s): 30Yutaka Ikeda, Tomoki Yoshinari, Hirotoshi Miyoshi,Yukio Nagasaki
  • Organizer: Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 活性酸素を消去するバイオ界面の設計と細胞分離 基材への応用 (2015)
  • Author(s): 池田 豊、吉成友貴、三好浩稔、長崎幸夫
  • Organizer: 高分子学会第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Impact of ROS scavenging effect on cell culture and bio assembler (2014)
  • Author(s): Yutaka Ikeda, Tomoki Yoshinari AND Yukio Nagasaki
  • Organizer: 25th 2014 International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋）
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-12
• [Presentation] 細胞培養において生じる過剰な酸化ストレスを消去する機能性材料の開発 (2014)
  • Author(s): 池田 豊、吉成 友貴、長崎 幸夫
  • Organizer: 第６７回日本酸化ストレス学会
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス（京都）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] Development of polymeric coating system to eliminate oxidative stress in cell cultur (2014)
  • Author(s): Yutaka Ikeda AND Yukio Nagasaki
  • Organizer: 5th International Conference on Biomedical Engineering in Vietnam
  • Place of Presentation: ベトナム ホーチミン
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-18
  • Invited
• [Presentation] Development Of Polymeric Coating System To Eliminate Oxidative Stress In (2014)
  • Author(s): 池田 豊、吉成 友貴、長崎 幸夫
  • Organizer: 題3回高分子学会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋）
  • Year and Date: 2014-05-28 – 2014-05-30
• [Patent(Industrial Property Rights)] 改質された表面を具えた細胞培養用デバイス (2014)
  • Inventor(s): 池田豊、吉成友貴、長崎幸夫
  • Industrial Property Rights Holder: 筑波大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-05-08