2021 Fiscal Year Annual Research Report
Reprogramming of cancer stem cells by high-function hydrogels creates basis to establish novel cancer therapy
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19H01171
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
田中 伸哉 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70261287)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 真寿美 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (30431307)
高阪 真路 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, ユニット長 (00627119)
黒川 孝幸 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (40451439)
前仲 勝実 北海道大学, 薬学研究院, 教授 (10322752)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | がん幹細胞 / バイオマテリアル / ハイドロゲル / リプログラミング / 多様性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（研究の骨格）本研究は、申請者が高機能ポリマーハイドロゲルを用いることで、極めて短時間にがん細胞のリプログラミングを誘導して、がん幹細胞を同定する方法見出したことにはじまる。これは従来のがん幹細胞分離同定法とは異なり、がんの種類を問わず24時間以内にがん幹細胞を同定することができる画期的な方法であり、本研究では、高機能ゲルのどのような物理学的因子ががん細胞の遺伝子発現変化を短時間で誘導するのかを検討し、高機能ゲルを基盤としたがん幹細胞診断法を開発し、さらにがん幹細胞標的治療薬を大規模スクリーニングにより創出するものである。（今年度の実績）「ゲル開発」プロジェクトでは、これまでの当該研究の結果から、陰性荷電を有するpoly-2-acrylamido- 2-methylpropanesulfonic acid (PAMPS) と中性荷電のpoly-N, N’- dimethylacrylamide (PDMAAm)にがん幹細胞誘導能が存在することが判明しており、とくにこれらのダブルネットワーク（DN）構造が重要であることが判明していた。さらに正と負の荷電両方有する両性荷電ゲルPCDME （poly-carboxymethyl -dimethyl-methacryloyloxy ethanaminium）もがん幹細胞誘導能を有することが判明していたが、当該年度の研究において負荷電を有するPNaSS（poly-sodium p-styrene sulfonate)のシングルネットワークゲルが、DNゲルより高いがん幹細胞誘導能を有することが明らかとなった。また、「臨床応用」のプロジェクトでは、従来検討されていなかった、ヒト肝臓がん（肝細胞がん）の細胞株を用いてDNゲルにより誘導した肝細胞がん幹細胞の解析から、ケモカイン受容体の1つであるCMKLR1が新規マーカーであることを発見した。
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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、これまで基盤研究(A)で見出した成果を発展させ、がん幹細胞を創出する能力が格段に高いハイスペックゲルを開発し、臨床検体を用いて医療応用への基盤を構築し、がん細胞治療薬のシーズを得ることを目的とする。具体的には以下の3項目を研究開発の目標としている。（1）「ゲル開発」がん幹細胞誘導ハイスペックゲルの開発、（2）「Biology」ハイドロゲルによるがん幹細胞誘導メカニズムの解明、（3）「臨床」ハイドロゲルによる患者手術検体由来がん幹細胞の診断法の開発、がん幹細胞治療薬シーズの創出。 当該年度の進捗の理由として、従来のハイドロゲルの物理因子を詳細に解析した知見を発展させて、PNaSSシングルネットワーク（SN）ゲルが、DNゲルを超える機能を有する可能性を見出した点である。DN構造は作成が困難であるがSNゲルは構造が単純で汎用性が高く、今後ハイスループットの検索が可能となるためである。
また、当該年度の、進捗として、ハイドロゲルの市場販売を目指し、以下のハイドロゲル作成キットの特許出願を行ったことである。研究用のゲルキットとして販売するためには、専用のプラスチックプレートや梱包方法・配送方法が必要で、企業との連携が不可欠であるが、現在専用プレート作成の金型業者と連携して試作品が完成している。最終的には、臨床材料で医療応用の可能性が確認されれば、がんゲノムパネル検査と組み合わせて使用する体外診断薬としての薬事承認などを視野に入れて研究開発を行う。
＜特許権等知的財産権の取得及び申請状況＞
（出願番号）特願2021-151208号、（発明者）黒川孝幸、勝山吉徳、グン剣萍、田中伸哉、津田真寿美、（発明の名称）細胞培養器、細胞培養キット、および細胞培養方法、（出願人）国立大学法人北海道大学、（出願日）2021年9月16日。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は5年計画の4年目に該当するため、本年度までに得た新知見、新素材を用いて、臨床的な成果を得ることを目指す。高機能としての新素材としてPNaSSハイドロゲルを用いて、誘導がん幹細胞の性質を解明する。具体的な応用としては、当該年度は肝細胞がんについて、新規がん幹細胞マーカーとしてケメリン受容体を同定したが、現在取り組んでいる、脳腫瘍（髄膜腫）、膵がん、骨肉腫、中皮腫などの希少がん、難治性のがんに焦点を当てて新規がん幹細胞マーカーと治療薬の候補を得る。現在それぞれのがん腫において細胞株を用いてHARP現象によるがん幹細胞の誘導を行い解析が始まっている。
また予備検討として、薬剤ライブラリーのスクリーニングを行いがん幹細胞治療薬の候補を得ているが、当該年度に出願したハイドロゲルキットを用いることでハイスループットスクリーニングシステムの開発を目指す。そのうえで個別のがん腫のがん幹細胞治療薬のシーズ探索を行う。
最終的には、外科手術材料や生検材料を用いて、HARP現象により患者のがん再発の予測モデルの確立を目指す。予備検討としては、チロシンキナーゼが発現していない悪性脳腫瘍（グリオーマ）患者由来細胞を用いたところハイドロゲルは24時間でPDGF受容体の高発現細胞を創り出した。この幹細胞はTKI（チロシンキナーゼ阻害剤）の標的として治療可能であった。この前向き検討の準備を北大病院の臨床各科と共同研究として進める準備に取り組む。
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