組織損傷時の生体内環境に着想を得たエクソソーム生産用の幹細胞培養環境設計

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14066
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 森山 幸祐 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (30814313)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ハイドロゲル / 酵素触媒反応 / 間葉系幹細胞 / エクソソーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究では培養環境が間葉系幹細胞(MSC)の分泌する小胞体(エクソソーム)の機能に及ぼす影響を明らかにすることを目指している。物理的及び化学的観点から培養基材を設計し、その環境内でMSC由来エクソソームの生産を試みる。具体的には物理的なアプローチとしてハイドロゲルの弾性率に着目し、化学的観点からはタンパク質あるいはペプチドを固定化することで基材の機能化を試みる。ハイドロゲルの物性やタンパク質の種類及びその濃度と得られるエクソソームの機能との相関を明らかにすることで、エクソソーム生産を目的としたMSC培養環境の設計指針を提案することを目標としている。
平成30年度は、培養基材として用いるハイドロゲルの基礎的物性の評価を行った。MSCをゲル内で包括培養する際、高分子溶液のゲル化時間が重要となる。我々がこれまでに開発したハイドロゲル作製法では、高分子水溶液のゲル化中に懸濁した細胞が自然沈降することで、その密度がゲル内で不均一になるという課題があった。そこで高分子間架橋反応を触媒する酵素の活性化をより効果的に進行させることが予測される系を考案した。その結果、劇的にゲル化時間を短縮することに成功しており、上記の問題を克服するとともに細胞包括材料作製法として有用なゲル化法を見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究ではエクソソーム生産用の間葉系幹細胞培養基材の設計指針の提案を目指している。平成30年度は初年度であったため、本研究で最も重要である、培養基材として利用するハイドロゲルの物性評価を中心に研究を行った。具体的には高分子水溶液のゲル化時間に着目し、従来のゲル作製法を改良することで、劇的にゲル化時間を短縮することに成功している。改良したゲル作製法は細胞包括に適したゲル化時間を有していることから、エクソソーム生産用の培養基材だけでなく、細胞の三次元培養系に利用可能なゲル化システムとして期待できる。以上から、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度に、細胞包括に適したゲル化システムを構築することが出来た。平成31年度以降は、間葉系幹細胞(MSC)の機能に影響を及ぼすタンパク質やペプチドを固定化することで細胞培養基材として利用可能な機能性ハイドロゲルの作製を試みる。具体的には細胞接着因子及び血管内皮細胞増殖因子を固定化したハイドロゲルを作製し、そのゲル内でMSCを培養することでエクソソームの生産を試みる。回収したエクソソームを血管内皮細胞に作用させ、血管様管腔形成等を評価する予定である。

Causes of Carryover

当該年度の研究は、ハイドロゲルの作製に係る消耗品の購入を予算の範囲内で計画に沿って実行することができた。タンパク質/ペプチド等の固定化による機能性ゲル基材の作製は行わなかったため、それに関連した消耗品の支出が不要となった。次年度以降、エクソソームの生産に用いる培養基材の作製や分析に有効活用するため、次年度使用額とした。研究費は、主に培養基材の作製や細胞培養、分析関連の各種試薬・消耗品並びに研究成果発表のための旅費等に充てる。