2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a microfluidic device to mimic the function of the thymus for immunotherapy
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16K12874
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鳥澤 勇介 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (10767354)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 新 京都大学, iPS細胞研究所, 准教授 (40361331)
三嶋 雄太 京都大学, iPS細胞研究所, 特定研究員 (80770263)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロ流体デバイス / organ-on-a-chip / iPS細胞 / 胸腺 / 血管 / T細胞 / 3次元培養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、T細胞の分化・成熟に必要不可欠な臓器である胸腺の機能を再現可能なデバイスの開発を目的としている。ヒト人工多能性幹細胞（iPS細胞）から誘導した細胞を用い、マイクロ流体デバイス内で3次元的に培養を行い、胸腺の環境を模倣することで、胸腺機能の再現を行う。まず、胸腺およびT細胞の機能評価に欠かせない、血管網の作製を行った。ヒトiPS細胞から誘導した血管内皮細胞（hiPSC-EC）をマイクロ流体デバイス内でゲルを用いてストローマ細胞と共に3次元的に培養を行うことで、管腔構造を有する血管網の作製に成功した。作製した血管網内には細胞を灌流して培養することが可能であった。そこで、血管内皮細胞と同一ドナー由来のT細胞を用いて細胞傷害性の評価を行った。その結果、市販の臍帯静脈内皮細胞を用いた場合は、T細胞が顕著な細胞傷害を示したのに対し、同一ドナー由来のhiPSC-ECを用いた場合には、低い細胞傷害を示した。従って、hiPSC-ECを用いるとことで、血管を介するT細胞の機能評価が実現可能であることが示唆された。次に、3次元の細胞凝集塊への血管網の導入を試みた。その結果、凝集塊への血管網の形成に成功し、細胞塊内に血液細胞が灌流可能であった。これにより、ヒトiPS細胞由来の血管網を介して、3次元の細胞凝集塊内に細胞や薬剤を灌流することが可能となった。そこで、胸腺の環境を模倣するために、胸腺の上皮細胞に類似した機能を持つストローマ細胞（MS-5）を用いて細胞凝集塊を作製し、血管網の導入を行った。その結果、各細胞塊とマイクロ流路間を繋げる形で血管網の導入が可能であった。また、造血前駆細胞を細胞塊内に導入してデバイス内で培養を行った結果、造血前駆細胞の著しい増加と分化した血液細胞の増加が良好に確認でき、血液細胞を培養可能であった。このように、胸腺に類似した構造が模倣可能なデバイスを開発した。
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