2021 Fiscal Year Annual Research Report
力学刺激の知能化によるin vitro3次元組織の超効率的成熟化
| Project/Area Number |
19H01178
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30548681)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉科 佑太 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40801535)
舟橋 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
山田 貴大 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20837736)
三浦 重徳 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (70511244)
遠山 周吾 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (90528192)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | in vitro組織成熟化 / 力学刺激 / 単一細胞イメージング / ベイズ推定 / iPS由来心筋組織 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
(1) ベイズ的最適化による3次元組織培養のオンライン制御系の構築：昨年度に引き続き，ベベイズ的最適化を用いることで高効率な実験条件の探索を行った．実験の概念を実証するために，C2C12骨格筋細胞による電気刺激の系を導入し，組織の筋管形成におけるmyogeninの発現，および組織のアライメントを成熟化指標と設定した．ある刺激条件を初期値として3次元培養を開始し，一定時間経過後に取得した心筋組織の蛍光画像より，画像解析アルゴリズムにて成熟度評価を算出した．設定した力学刺激条件と得られた成熟度の評価を元に、ベイズ的最適化を用いてより成熟度が向上する力学刺激条件を推定し，力学刺激装置にフィードバックするサイクルを確立した．
(2) ヒトiPS由来心筋組織の成熟化評価： マイクロファイバ形状に構築したヒトiPS由来心筋組織の成熟度を，画像処理に利用した細胞形態以外の電気生理学的および分子細胞生物学的な見地から評価した．心筋の拍動をカルシウムイメージングにより可視化し，その速度の測定を実施し成熟度との相関を検討した．またqPCRによる成熟化マーカー遺伝子の発現，免疫染色によるサルコメア構造の携帯の評価も行い，電気刺激により促進されたヒトiPS由来心筋組織の成熟化を評価する手法を確立した．
(3) 成熟化心筋組織の薬剤スクリーニング応用： 刺激により成熟化したファイバ形状心筋組織の医療応用展開として，薬剤応答試験の評価系を構築した．具体的には拍動によるファイバ形状ヒトiPS由来心筋組織の変形量を，組織が発生する収縮力に変換する画像処理および有限要素法数値計算の方法を確立した．これにより，薬剤の投与により収縮力が変化することを画像処理により得ることに成功した．
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
