2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of patient-derived cancer on-a-chip devices for cancer immunotherapy
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17H02082
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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) |
井上 匡美 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10379232)
金子 新 京都大学, iPS細胞研究所, 准教授 (40361331)
高山 浩一 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50274444)
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) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | がんモデル / Organ-on-a-chip / がん免疫細胞療法 / 3次元培養 / 組織培養 / 血管 / iPS細胞 / マイクロ流体デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、3次元のがん組織を培養可能なデバイスの開発を目的とし、がん免疫細胞療法への応用が可能なモデルの構築を目指している。生体内の腫瘍を模倣し、がんの微小環境を再現することで、血管網を有するがんモデルの開発を行い、併せて、患者より摘出したがん組織を培養可能なデバイスの開発を行う。まず、がん細胞株を用い、血管網の導入条件を検討した結果、がん細胞株の種類、および細胞凝集塊のサイズにより血管網の導入効率が大きく異なり、さらに血管内皮細胞の種類（静脈内皮もしくはリンパ管内皮）によっても導入効率が異なることがわかった。そこで、臍帯静脈内皮細胞を用いて血管網が導入可能ながん細胞株および培養条件の最適化を行った結果、肝臓がん細胞株を用いて細胞凝集塊への血管網の導入に成功した。マイクロ流体デバイス内でフィブリンゲルを用いて3次元的に培養を行うことで、がん細胞、線維芽細胞、および血管内皮細胞で構成した細胞凝集塊に血管網が導入でき、血液細胞を灌流することが可能であった。従って、このモデルを用いることで、血管を介してがん細胞塊に薬剤や細胞が投与可能であり、免疫細胞の機能評価が可能となる。また、がんの微小環境を模倣する目的で、がん間質線維芽細胞（CAF）の利用を試みた結果、CAFが血管新生を誘導可能であり、血管網の構築を促進することがわかった。今後、開発したモデルを用いて免疫細胞の抗腫瘍効果の評価を行い、生体内の腫瘍組織との比較を通して、どこまでがんの微小環境が再現可能であるのか評価を行う。
さらに、がん患者より摘出した腫瘍組織を用いて、マイクロ流体デバイス内での培養を行い、血管網の導入を試みた。その結果、摘出した腫瘍組織に含まれる細胞によって血管新生を誘導でき、血管網が構築可能であることがわかった。しかしながら血管網の形成までに要する時間が長く、培養条件の最適化による導入効率の向上が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、細胞株を用いたがんモデルの構築、免疫細胞の評価システムの構築、および患者より摘出したがん組織を培養可能なでデバイスの構築という大きく3つの課題がある。今年度は、細胞株を用いたがんモデルの構築を主とし、並行して摘出がん組織の培養デバイスの構築に取り組むことを研究計画としていた。その結果、市販の細胞を用いて、がんの細胞凝集塊に血管網を導入することに成功し、血液細胞を灌流することが可能となった。従って、細胞株を用いて、基盤となる癌モデルを構築することができ、今後の免疫細胞の評価が可能となった。さらに、並行して、がん患者より摘出した腫瘍組織の培養にも着手した。その結果、腫瘍組織に含まれる細胞によって、血管新生が誘導可能であることが明らかとなり、血管網を導入できる可能性が示唆された。現状では、導入までに要する時間の長さから、がん組織の機能を維持することは難しく、培養条件の最適化が必要であり、現在がん組織の機能評価に取り組んでいる。従って、今年度は基盤となるがんモデルを構築でき、摘出がん組織を用いても血管網導入の可能性を示しており、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度、がん細胞株を用いて、血管網を有する3次元のがん細胞塊を培養でき、血液細胞が灌流可能なデバイスを開発した。今後は、このモデルの培養条件の最適化（化学的および力学的に）および加える細胞種（がん間質細胞など）の検討を通して、生体内のがんの微小環境をどこまで再現可能であるのか評価を行う。摘出した腫瘍組織の標本を既に得ているため、腫瘍の組織学的評価を通して、モデルの妥当性を検証する。
さらに、免疫細胞の評価を行う。構築したモデルのがん細胞を特異的に認識するように作製した遺伝子導入T細胞を用い、抗腫瘍効果の評価を行うことで、免疫細胞の評価が可能なデバイスの構築を行う。
並行して、がん患者より摘出したがん組織の培養に取り組み、組織学的な評価や蛍光評価を通し、がん細胞の活性を維持した状態で血管網が導入可能な条件の最適化を行う。具体的には、既に血管網を形成したデバイス内へのがん組織の導入を試みる。現状では血管網の導入に要する時間の長さが問題となっているため、短時間で血管網の導入を行うことで、がん組織の機能の維持を行う。また、腫瘍組織から回収する細胞塊のサイズや培養条件の検討を行い、摘出がん組織に血管網が導入でき、培養が可能な最適条件を検討する。
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