循環極少数細胞を標的とする閉鎖系高速細胞解析分離装置の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Hyper Bio Assembler for 3D Celluler Innovation
• Project/Area Number: 23106004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中内 啓光 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40175485)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 微小細胞 / デバイス / がん / 閉鎖系 / 医工学融合

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでにフローサイトメトリーによって３万個に１個骨髄中に存在する造血幹細胞を再現性良く分離同定することに成功している。一方で，フローサイトメトリーによる細胞分離には，抗体を用いた体外での細胞染色ステップが必須であることや，機器のオペレーションでの極めて高い専門性など簡便性に劣る部分も指摘される。加えて，妊婦末梢血中の胎児由来有核赤血球細胞などの極めて低頻度（数十万～百万個に１個の頻度）でしか存在しない細胞を血液中で確実に同定し，十分な情報を得るためには理論上数百ml以上の血液を必要とし，その採取と体外操作は容易ではない。そこで本研究では体外循環方式の閉鎖系高速細胞解析分離装置の開発によって，血液を体外循環させながら個々の細胞を高速で解析することを目標に据えている。この体外循環システムではフローサイトメーター解析で用いられるような体外での細胞染色操作を行うことができない。そこで，簡便に細胞を選別するためのパラメーター検討したところ、これまでに、マイクロ流路通過速度の違いによって特定の細胞集団を分離できる可能性を示すことが出来た。しかしこのパラメーターだけでは有核赤血球を完全に分離することは困難である。　従ってそのほかのパラメーターも探索する必要がある。動物実験系ではiPS細胞から赤芽球株を作製し、免疫不全マウス体内に循環させることに成功した。これにより今後開発する装置をin vivoで検証することができ、本研究達成の為の大きな前進であると考える。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目標は、細胞をその物性で分離する閉鎖系の装置の開発とその装置のマウスでの検証である。　細胞を物性で分離する方法の開発は未だ達成できていないが、マウスにおける検証系は完成させることができた。よって全体としておおむね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

今後は細胞を物性によって分離する方法の開発に注力する。フローサイトメトリーや誘電サイトメトリーを利用して、有核赤血球が豊富に含まれる臍帯血から有核赤血球の分離を試みる。また、これらの方法とは全く異なる移流集積法を利用した分離法でも有核赤血球の分離を試みる。
分離法が確立した後に、赤芽球株が循環しているマウスを用いて実際に体外循環させながら細胞の分離ができるのかを検証する。
さらに、移流集積法を利用して膵臓に含まれる膵島の簡便な回収法の開発も試みる。

Research Products

• [Journal Article] Circulating cells contribute to cardiomyocyte regeneration after injury (2015)
  • Author(s): Wu JM, Hsueh YC, Ch'ang HJ, Luo CY, Wu LW, Nakauchi H, Hsieh PC
  • Journal Title: Circ Res Volume: 116(4) Pages: 633-41
  • DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.304564
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Targeted organ generation using Mixl1-inducible mouse pluripotent stem cells in blastocyst complementation (2015)
  • Author(s): Kobayashi T, Kato-Itoh M, Nakauchi H
  • Journal Title: Stem Cells Dev Volume: 24(2) Pages: 182-9
  • DOI: 10.1089/scd.2014.0270
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Successful reprogramming of epiblast stem cells by blocking nuclear localization of beta-catenin (2015)
  • Author(s): Murayama H, Masaki H, Sato H, Hayama T, Yamaguchi T, Nakauchi H
  • Journal Title: Stem cell reports Volume: 4 Pages: 103-13
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2014.12.003.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] T-cell-restricted T-bet overexpression induces aberrant hematopoiesis of myeloid cells and impairs function of macrophages in the lung (2015)
  • Author(s): Iriguchi S, Kikuchi N, Kaneko S, Noguchi E, Morishima Y, Matsuyama M, Yoh K, Takahashi S, Nakauchi H, Ishii Y
  • Journal Title: Blood Volume: 125 Pages: 370-82
  • DOI: 10.1182/blood-2014-05-575225
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bone marrow Schwann cells induce hematopoietic stem cell hibernation (2014)
  • Author(s): Yamazaki S, Nakauchi H
  • Journal Title: International journal of hematology Volume: 99 Pages: 695-8
  • DOI: 10.1007/s12185-014-1588-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Five-lineage clonal analysis of hematopoietic stem/progenitor cells (2014)
  • Author(s): Yamamoto R, Morita Y, Nakauchi H
  • Journal Title: Methods in molecular biology Volume: 1185 Pages: 237-45
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-1133-2_16
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developmental epigenetic modification regulates stochastic expression of clustered protocadherin genes, generating single neuron diversity (2014)
  • Author(s): Toyoda S, Kawaguchi M, Kobayashi T, Tarusawa E, Toyama T, Okano M, Oda M, Nakauchi H, Yoshimura Y, Sanbo M, Hirabayashi M, Hirayama T, Hirabayashi T, Yagi T
  • Journal Title: Neuron Volume: 82 Pages: 94-108
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.02.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Revisiting the flight of Icarus: making human organs from PSCs with large animal chimeras (2014)
  • Author(s): Rashid T, Kobayashi T, Nakauchi H
  • Journal Title: Cell stem cell Volume: 15 Pages: 406-9
  • DOI: 10.1016/j.stem.2014.09.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expandable megakaryocyte cell lines enable clinically applicable generation of platelets from human induced pluripotent stem cells (2014)
  • Author(s): Nakamura S, Takayama N, Hirata S, Seo H, Endo H, Ochi K, Fujita K, Koike T, Harimoto K, Dohda T, Watanabe A, Okita K, Takahashi N, Sawaguchi A, Yamanaka S, Nakauchi H, Nishimura S, Eto K
  • Journal Title: Cell stem cell Volume: 14 Pages: 535-48
  • DOI: 10.1016/j.stem.2014.01.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acid sphingomyelinase modulates the autophagic process by controlling lysosomal biogenesis in Alzheimer's disease (2014)
  • Author(s): Lee JK, Jin HK, Park MH, Kim BR, Lee PH, Nakauchi H, Carter JE, He X, Schuchman EH, Bae JS
  • Journal Title: The Journal of experimental medicine Volume: 211 Pages: 1551-70
  • DOI: 10.1084/jem.20132451
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stage-specific roles for CXCR4 signaling in murine hematopoietic stem/progenitor cells in the process of bone marrow repopulation (2014)
  • Author(s): Lai CY, Yamazaki S, Okabe M, Suzuki S, Maeyama Y, Iimura Y, Onodera M, Kakuta S, Iwakura Y, Nojima M, Otsu M, Nakauchi H
  • Journal Title: Stem cells Volume: 32 Pages: 1929-42
  • DOI: 10.1002/stem.1670
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Down syndrome-associated haematopoiesis abnormalities created by chromosome transfer and genome editing technologies (2014)
  • Author(s): Kazuki Y, Yakura Y, Abe S, Osaki M, Kajitani N, Kazuki K, Takehara S, Honma K, Suemori H, Yamazaki S, Sakuma T, Toki T, Shimizu R, Nakauchi H, Yamamoto T, Oshimura M
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 4 Pages: 6136
  • DOI: 10.1038/srep06136
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gene targeting study reveals unexpected expression of brain-expressed X-linked 2 in endocrine and tissue stem/progenitor cells in mice (2014)
  • Author(s): Ito K, Yamazaki S, Yamamoto R, Tajima Y, Yanagida A, Kobayashi T, Kato-Itoh M, Kakuta S, Iwakura Y, Nakauchi H, Kamiya A
  • Journal Title: The Journal of biological chemistry Volume: 289 Pages: 29892-911
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.580084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histone demethylase Jmjd3 is required for the development of subsets of retinal bipolar cells (2014)
  • Author(s): Iida A, Iwagawa T, Kuribayashi H, Satoh S, Mochizuki Y, Baba Y, Nakauchi H, Furukawa T, Koseki H, Murakami A, Watanabe S
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 111 Pages: 3751-6
  • DOI: 10.1073/pnas.1311480111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A chemical probe that labels human pluripotent stem cells (2014)
  • Author(s): Hirata N, Nakagawa M, Fujibayashi Y, Yamauchi K, Murata A, Minami I, Tomioka M, Kondo T, Kuo TF, Endo H, Inoue H, Sato S, Ando S, Kawazoe Y, Aiba K, Nagata K, Kawase E, Chang YT, Suemori H, Eto K, Nakauchi H, Yamanaka S, Nakatsuji N, Ueda K, Uesugi M
  • Journal Title: Cell reports Volume: 6 Pages: 1165-74
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.02.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation of mouse functional oocytes in rat by xeno-ectopic transplantation of primordial germ cells (2014)
  • Author(s): Hayama T, Yamaguchi T, Kato-Itoh M, Hamanaka S, Kawarai M, Sanbo M, Tamura C, Lee YS, Yanagida A, Murayama H, Mizuno N, Umino A, Sato H, Yamazaki S, Masaki H, Kobayashi T, Hirabayashi M, Nakauchi H
  • Journal Title: Biology of reproduction Volume: 91 Pages: 89
  • DOI: 10.1095/biolreprod.114.121640
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Organ niches and developmental complementation for generation of functional organs in vivo (2015)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Ventura Beach Marriott, Ventura, CA. US
  • Year and Date: 2015-02-15 – 2015-02-20
  • Invited
• [Presentation] Generation of functional organs from iPS cells (2014)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: NIH-Japan-JSPS Symposium
  • Place of Presentation: Bethesda, MD, US
  • Year and Date: 2014-10-22 – 2014-10-24
  • Invited
• [Presentation] In vivo generation of functional cells and organs from iPSCs (2014)
  • Author(s): Hiromitsu Nakauchi
  • Organizer: 2014 Bridging Biomedical Worlds
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2014-10-13 – 2014-10-15
  • Invited