血管・尿排泄経路を有する次世代腎臓オルガノイドの作成

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19363
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 酒井 康行 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00235128)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): VADIVELU RAJA 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-11-08 – 2022-03-31
• Keywords: オルガノイド / 幹細胞 / 前駆細胞 / 自己組織化

Outline of Annual Research Achievements

In this project, simple but effective method for directed differentiation of hiPSC to kidney progenitor cells is critical. First we focused on materials and methodologies to effectively promote self-organized morphogenesis of hiPSCs.
We successfully developed a method to fabricate a disc-shaped microporous agarose hydrogel which fits the diameter of 96 well plate. The pore topology consists of interconnected voids at the top surface which span throughout the interior and connect to the bottom surface. The gel maintains pore size varies depending on agarose gel percentage. For instance, agarose at a certain percentage forms uniform voids at appropriate size (50um diameter) and mechanically robust. The interconnected voids function as an opening mesh to facilitate deposition and distribution of cells. The voids led to enhance cell-cell interaction to form clusters.
Interestingly, this microporous hydrogel promoted self-organization morphogenesis of hiPSCs. The phenotypic characteristic of lumened 3D hiPSCs construct was observed in the presence of factors. The formation of single-lumened constructs was noticed at day 3 and promote the growth to a lager lumen at day 6. Subsequently, upon media change the single-lumened rapidly grow to form multiple lumens. In contrast, depletion of factors sustains single-lumened morphology.
Currently we are in the process of further characterization of these cells underwent unique morphogenesis.

Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度の11月の着任以降、異国での生活の立ち上げはもとより、Foxd1-GFPマウスの導入と安定した飼育環境の確立、必要な実験環境の整備、幹細胞培養や動物実験技術の習得、といったものに比較的多くの時間を必要とした。
それにもかかわらず、独自のアイデアをもとに幹細胞を効率的かつ簡便にスフェロイド化し、非常にユニークな形状に自己組織化させることに成功した。論文化を視野にしてその後引き続き研究を展開しているところである。今年度はよりインテンシブに実験を行うことができるため、さらに多くの進捗と成果が期待できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

１．hiPS細胞のゲル中での自己組織化と分化誘導への応用：　現在までに見出したゲル中での自己組織化を詳細に検証し、分化誘導への応用を試みる。
２．マウス腎ストローマ前駆細胞の維持・増殖培養系の開発：　Foxd1-GFPマウスの胎児由来の腎ストローマ前駆細胞を用い、遺伝子発現プロファイルや機能が数継代維持される培養系の開発を目指す。既報の網羅的遺伝子発現データや発生の知見等を基に条件検討する。培養細胞の機能は、Foxd1-GFP+の細胞を除去した胎児腎臓由来のアグリゲートに、培養細胞を添加することで評価する。
３．マウス・ヒト幹細胞からの分化誘導および誘導効率の改善：　樹立済みのFoxd1-GFP mES及びhiPS細胞で、まず既報の腎臓様アグリゲート誘導法を試み、ストローマ前駆細胞の出現をGFPで確認する。さらに、１．で見出した自己組織化培養条件の適用を試みると同時に、２．で確立した維持・増殖培養の条件を分化誘導にも応用し、誘導効率の改善を試みる。
４．誘導・純化したヒト腎ストローマ前駆細胞の維持・増殖培養系の開発：　３．で誘導した腎ストローマ前駆細胞をGFPで純化し、２．で確立した条件下、マウス胎児由来の初代細胞と同様に維持・増殖が可能かどうか、機能評価も含めて検討する。想定される主な問題は、誘導細胞と初代細胞の差、あるいはマウスとヒトの種差による至適培養条件の違いであるが、樹立したmES及びhiPS細胞を併用することで原因を切り分けて対処する。