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2017 Fiscal Year Research-status Report

器官形成を誘導する分子・細胞・力学要素の時空間構造の解明

Research Project

Project/Area Number 16KT0073
Research InstitutionYokohama City University

Principal Investigator

武部 貴則  横浜市立大学, 先端医科学研究センター, 教授 (20612625)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉川 洋史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
Project Period (FY) 2016-07-19 – 2019-03-31
Keywords構成的生物学 / 細胞生物学 / 再生医学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年代表者らが確立した「臓器原基の自律形成」を誘導する基盤技術をヒト臓器形成の構成生物学モデルとして、臓器原基形成を誘導する力学的および細胞生物的要素の時空間構造を解明することを試みている。 本年度は、self-organizationにおける原始 血管叢形成メカニズムの解明を目指した。
ヒトiPS由来細胞の時空間局在可視化系の構築: 各種細胞材料の有効な表現型を確定するためには、肝原基内部における空間局在を定量的に把握する必要がある。そこで、3系譜細胞が各々異なる蛍光レポータータンパク質で可視化された遺伝子ノックインヒトiPS細胞を樹立した。TALEN法を用いて、既に樹立済みのAAVS1::EGFP ノックイン iPS細胞に加えて、同プロモーター下に異なる蛍光タンパク質をノックインし、可視化系を確立した 。樹立されたレポーターiPS株は、以降の検証でイメージングによる定量評価に用いた。
次にヒトiPS由来ストロマ細胞の分化誘導系を構築した。安定的に原始血管叢を担保するための血管内皮細胞の表現型の特定を目指し、iPS細胞よりすべてのストロマ細胞を分化誘導する技術開発を検討した。そこで、血管内皮細胞(EC)と間葉系細胞(MC)の分化誘導系のブラッシュアップを進め、原始血管作製に有益なiPSC-EC・iPSC-MCの調製方法を確立した。
最終的に、iPS由来三種の臓器原基形成実験を行い、原始血管叢形成 を効率的に誘導する条件の解明を試みる。原始血管叢形成におけるダイナミクスについては、ライトシート顕微鏡を用いたin vitro タイムラプスイメージングを用いて詳細な解析を行った。RNAiを用いた機能喪失実験と組み合わせた結果、血管形成を至適化する分子メカニズム、および、最適なマトリクスの選定に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画時点での内容を大幅に越えて、シングル・セル解析等を組み合わせた詳細な検討の結果から、分子レベルでの血管網形成メカニズムを明らかにし、世界最高峰の科学誌であるNature誌への報告を行うことができた。

さらに、血管内皮・間葉系細胞の分化誘導条件を確立し、Cell Reports誌に報告することができた。

以上のように目覚ましい成果創出ができたことから、当初計画以上に進展しているものと判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、予定通り、ヒト臓器原基構成システムの再設計を継続する。
具体的には、これまで明らかにした力・分子の時空間構造を参考に、臓器形成を最適化するために有効な細胞外部環境の再設計を試みる。具体的には、光による架橋・化学修飾反応を駆使して、細胞培養基板の硬さと接着分子密度の空間制御法を用いる。これまでに、アクリルアミドゲルをベースとして、広範囲な硬さ環境 (E = 0.1 kPa~100 kPa)を実現することが可能であることを確認している。また、ゲル表面に様々な細胞接着タンパク質を、密度を制御して化学修飾することも可能である。本細 胞培養基板に、蛍光ラベルされた各種細胞を用いて、様々な硬さ・接着分子の空間条件の培養基質における組織形成過程を、共焦点顕微鏡により追尾定点観察を行う。

次に 、誘導された臓器原基の最終機能を向上させるために、効率的な血管形成の誘導に有効な各種細胞材料の表現型 確定を試みる。さらに、in vivoでの機能評価として、免疫不全マウスへ移植することにより適切に機能する血管網や、極性を有した複雑なヒト肝臓を再構築することが可能であるか検討する。本検証で;は研究代表者が得意 とするクラニアルウイントドウ法による観察系を用いて、血液の流入に要する時間、肝特異性の高いヒト血 管網の構築過程、iPS細胞の分化段階などを3次元的に解析する。in vitroおよびin vivo由来組織の品質評価に基づくフィードバック・混合条件の改良を繰り返す。これらを通じ飛躍的な効率で高品質な臓器原基形成を担保する各種細胞条件を特定する。

Causes of Carryover

主な差額は、人件費として想定していた技術補佐員に適切な候補者が見つからなかったこと、サイトカイン試薬等の消耗品においてより安価な試薬を特定することができたこと、などの要因があげられる。次年度については、すでに適切な候補者のめどが立っていることから、予定通りの執行計画を概ね達成可能と考えている。

  • Research Products

    (44 results)

All 2018 2017

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 30 results) Book (6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Human iPSC-Derived Posterior Gut Progenitors Are Expandable and Capable of Forming Gut and Liver Organoids.2018

    • Author(s)
      Zhang R-R, Koido M, Tadokoro T, Ouchi R, Matsuno T, Ueno Y, Sekine K, Takebe T*, Taniguch H
    • Journal Title

      Stem Cell Reports

      Volume: 10 Pages: 780-793

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2018.01.006

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Self-Condensation Culture Enables Vascularization of Tissue Fragments for Efficient Therapeutic2018

    • Author(s)
      Yoshinobu Takahashi, Keisuke Sekine, Tatsuya Kin, Takanori Takebe, Hideki Taniguchi
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 6 Pages: p1620-1629

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.03.123

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Massive and Reproducible Production of Liver Buds Entirely from Human Pluripotent Stem Cells.2017

    • Author(s)
      Takebe T*, Sekine K, Kimura M, Yoshizawa E, Funayama S, Nakanishi N, Hisai T, Kobayashi T, Mori A, Ayano S, Ejiri Y, Amimoto N, Yamazaki Y, Ogawa S, Ishikawa M, Kiyota Y, Ueno Y, Taniguchi H
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 21 Pages: 2661-2670

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2017.11.005

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multilineage communication regulates human liver bud self-organization from pluripotency.2017

    • Author(s)
      Camp JG, Sekine K, Gerber T, Loeffler-Wirth H, Binder H, Gac M, Kanton S, Kageyama J, Damm G, Seehofer D, Belicova L, Bickle M, Barsacchi R, Okuda R, Yoshizawa E, Kimura M, Ayabe H, Taniguchi H, Takebe T*, Treutlein B
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 546 Pages: 533-534

    • DOI

      10.1038/nature22796

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Liver Regeneration Using Cultured Liver Bud.2017

    • Author(s)
      Sekine K, Takebe T, Taniguch H
    • Journal Title

      Methods Mol Biol.

      Volume: 1597 Pages: 207-216

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-6949-4_15

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synergistic engineering: Organoids meet organs-on-a-chip2017

    • Author(s)
      Takebe T*, Zhang B, Milica R
    • Journal Title

      Cell Stem Cell

      Volume: 21(3) Pages: p297-300

    • DOI

      10.1016/j.stem.2017.08.016

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒトオルガノイドを用いたホロミクス研究の可能性2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      次元生命システム研究戦略分子・細胞アトラスに関する意見交換会 JST研究開発戦略センター(CRDS)ライフサイエンス・臨床医学ユニット
    • Invited
  • [Presentation] 研究の未来を考えよう2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      再生医療学会総会市民公開講座
    • Invited
  • [Presentation] 再生医学x広告医学-0から1への挑戦2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      01 Doctor Initiative
    • Invited
  • [Presentation] ヒト肝炎オルガノイドを用いたホロミクス研究2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      再生医療学会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 次世代オルガノイド研究の展望 The era of Organoid Medicine2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      再生医療学会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] ヒト器官原基法に基づく移植医療応用への試み2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      再生医療学会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 臓器再生への挑戦!2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第3回Koishikawa Seminar
    • Invited
  • [Presentation] 次世代オルガノイド研究の展望 The era of Organoid Medicine2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      農芸化学シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] The era of Organoid Medicine - Liver Organoid Based Approach2018

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      Southern California Stem Cell Seminar Series
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 次世代オルガノイド研究と創生医学 The era of Organoid Medicine2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      理研 CDB-大塚製薬連携センター 第 2 回合同セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 歩きたくなる階段ツアー2018

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      横浜市立大学教員向け Staff Development研修
  • [Presentation] The era of Organoid Medicine4.02018

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      Regenerative Biology and Stem Cell Seminar Series Northwestern University
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 臓器創出への展望20202017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      小野薬品工業株式会社
    • Invited
  • [Presentation] オルガノイド技術を用いたヒト肝臓発生の理解と制御2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第40回日本分子生物学会総会
    • Invited
  • [Presentation] 臓器創出への挑戦2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      弘前大学
    • Invited
  • [Presentation] 臓器創出への展望2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      東京医科歯科大学 平成29年度第1回 統合研究機構先端研究セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Growing organ bud towards therapy2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      New York Stem Cell Foundation Annual meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Growing organ bud towards therapy2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      The 27th Hot Spring Harbor International Symposium, Frontiers in Stem Cell Research and Reprogramming
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Organoid biology and regenerative medicine2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      1st Joint Meeting on Health and Medical Care between Thailand and Japan
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 臓器再生への展望2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      日興コーディアル証券株式会社
    • Invited
  • [Presentation] Organ Bud Based Approach Towards Therapy2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      理研CLST Educationalセミナー
    • Invited
  • [Presentation] Future of Heathcare20202017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      大成建設株式会社
    • Invited
  • [Presentation] iPS細胞由来ミニ肝臓を用いた再生医療2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第38回日本炎症・再生医学会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] iPS細胞由来ミニ肝臓と血漿蛋白産生2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第65回日本輸血・細胞治療学会講演
    • Invited
  • [Presentation] Human Liver Bud Transplantation Towards Therapy2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      ISSCR 2017 ANNUAL MEETING
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Human Organoid Based Approach Towards Therapy2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      Boston Takeda RMU day
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 2 Lives - Future of Healthcare-2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第2回 01 Doctor Initiative
    • Invited
  • [Presentation] ヒト臓器創出への挑戦2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      久留米大学
    • Invited
  • [Presentation] ニ臓器技術を核とした産業形成への展望2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      CPhI / ICSE / P-MEC / BioPh / InnoPack国際医薬中間体展
    • Invited
  • [Presentation] ヒト器官原基法に基づく移植医療応用への試み2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Organizer
      第19回外科分子細胞治療研究会
    • Invited
  • [Presentation] Human Organ Bud Generation From Stem Cell Towards Therapy2017

    • Author(s)
      Takebe Takanori
    • Organizer
      Albert Eistein College of Medicine
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] 再生医療研究のホープiPS細胞から臓器を作る2017

    • Author(s)
      武部貴則、他著
    • Total Pages
      247
    • Publisher
      日本経済新聞出版社
    • ISBN
      978-4532520731
  • [Book] オルガノイド4.0時代 次世代のオルガノイド研究のデザイン2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Total Pages
      139
    • Publisher
      実験医学
    • ISBN
      978-4-7581-2500-0
  • [Book] 肝疾患を対象とした再生医療の現況2017

    • Author(s)
      武部貴則
    • Total Pages
      100
    • Publisher
      小児内科
    • ISBN
      03856305
  • [Book] Developmental Biology2017

    • Author(s)
      Shinozawa T, Yoshikawa H-Y, Takebe T
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      Reverse Engineering Organ Buds through Self-Driven Condensation and Organization.
  • [Book] Rational design of mechanical environment for self-organizing organ bud2017

    • Author(s)
      松崎賢寿,吉川洋史,谷口英樹,武部貴則
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      本バイオマテリアル学会誌
  • [Book] 化学とマイクロ・ナノシステム学会誌2017

    • Author(s)
      松崎賢寿,吉川洋史,谷口英樹,武部貴則
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      Impact of mechanical environment on cell adhesion regulating biological process
  • [Patent(Industrial Property Rights)] digitalized human organoids and methods of using same2017

    • Inventor(s)
      1. Takebe T, Kimura M
    • Industrial Property Rights Holder
      1. Takebe T, Kimura M
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      000
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-12-17  

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