2021 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional cutlure for hari regenerative medicine
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20H02535
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
福田 淳二 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80431675)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
景山 達斗 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 「再生毛髪の大量調整革新技術開発」プロジェクト, 研究員(任期有) (40822177)
大久保 佑亮 国立医薬品食品衛生研究所, 毒性部, 主任研究官 (80596247)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 毛髪再生医療 / 電気化学 / 生物化学工学 / バイオプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
毛髪再生医療では、脱毛症患者から毛包組織を含めて毛髪を10本程度採取し、毛包に存在する上皮系および間葉系の幹細胞（毛包上皮幹細胞および毛乳頭細胞）を分離・増殖させ、1,000本分程度の細胞を得る技術がまず必要となる。つぎに、増殖させた幹細胞を用いて移植用組織を大量に作製し、これを脱毛部に移植することで毛髪を再生する。したがって、2種類の幹細胞の増殖技術および移植組織作製技術が重要である。そこで本研究の提案書には、1) 3次元培養による毛包上皮幹細胞の増殖技術、2) 電気刺激培養による毛乳頭細胞の増殖技術、3) バイオプリンタを利用した毛包原基の作製技術、に取り組むことを記載した。１）については、マウス腫瘍由来のマトリックスであるマトリゲルに代わる材料を見出し、さらにヒト毛包由来幹細胞へ適用できることを示した。２）については、金電極表面に電解重合によりポリピロール層を形成させたデバイスを作製し、ここにヒト毛乳頭細胞を接着させてパルス電流を印加した。この際の電気刺激条件を最適化して、発毛関連遺伝子の発現が大幅に向上することが示された。またこのメカニズムとして、電位応答型イオンチャネルを介してシグナルが細胞内に伝達されていることを示した。３）については、ヘアービーズと名付けた独自のバイオプリンタを利用した移植組織作製法を確立し、従来の毛包原基よりも高い発毛効果が得られることを示した。２）および３）については、投稿論文として採択または投稿中である。
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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
本研究では、提案書に下記の３つの具体的な数値目標を掲げた。
1) ヒト毛包上皮幹細胞の幹細胞ニッチを理解し、生体外で幹細胞性を維持したまま1,000倍以上に増殖させる技術を確立する。
2) ヒト毛乳頭細胞の電気刺激培養において重要となるシグナル伝達および遺伝子を網羅解析により見出し、これを利用して細胞を1,000倍以上に増殖させる技術を確立する。
3）バイオプリンタを用いて高い毛髪再生能を有する5,000個以上の毛包原基を大量かつ安定に作製する技術を確立する。
これらについて、研究２年目において、２）および３）は達成されており、１）については検討途中である。これらのことから、（２）順調に進展している。の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず1) ヒト毛包上皮幹細胞の幹細胞ニッチを理解し、生体外で幹細胞性を維持したまま1,000倍以上に増殖させる技術を確立する。の目標達成のため、細胞外マトリックスアレイを利用して、ヒト毛包上皮幹細胞の幹細胞ニッチに必要な細胞外マトリックスの組み合わせを探索する。これについては、予備実験においてほぼ目途が立っていることから、得られた３種類のマトリックスの組み合わせを最適化する。そして、このようにして増殖培養により得られた毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞を利用して、バイオプリンタを用いて移植組織を作製し、動物実験において高効率な発毛を示すことで、毛髪再生医療の基盤技術が確立されたことを実証する。
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