2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a highly functional microkidney model and its application to bioassays
| Project/Area Number |
20H02762
|
|---|
| Research Institution | Gunma University |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 記一 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (50321906)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | バイオアッセイ / 腎臓 / マイクロ流体デバイス / マイクロ臓器モデル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
腎疾患の発症機構の解明や治療法・治療薬の探索には、腎疾患の過程を詳細に解析可能な分析法が必要であるが、腎排泄の機能をもつ生体外腎モデルや、その各種疾患モデルは開発されておらず、動物実験に頼る部分が多かった。そこで、本研究ではマイクロ流体デバイス内にヒトの腎臓由来の細胞を2次元および3次元共培養することで、糸球体モデルと尿細管モデルを開発することをめざした。
2次元培養デバイスについては、平行する2本の流路がメンブレンフィルターを介して接している構造を作製し、流路径およびメンブレンフィルターの素材、膜厚、孔径、チップ基板と膜の貼り合わせの方法などについて最適化を試みた。一方、3次元培養デバイスについては、細胞を培養するハイドロゲル流路と培地流路が平行に隣接した構造を作製した。
作製したデバイス内で細胞培養を試みた。糸球体については健常ヒトポドサイト細胞株および健常ヒト糸球体内皮細胞株の共培養を、尿細管についてはヒト腎近位尿細管細胞と健常ヒト糸球体内皮細胞株の共培養を行った。2次元培養の場合は、メンブレンフィルターを基底膜に見立て、その表側に内皮細胞、裏側にポドサイトもしくは尿細管細胞を培養した。培地組成、培地流速、培養温度、血管側流路への印加圧力、メンブレンフィルターのコーティング条件などを検討し、培養条件の最適化を試みた。一方、3次元培養の場合は、コラーゲンやマトリゲルなど細胞外マトリックスハイドロゲル内に細胞を懸濁した状態で培養した。共培養する細胞をともにゲルに懸濁させる方法や、片方の細胞をゲルの外側に播種する方法などについて、ハイドロゲルの種類や組成、培地組成、培地流速、培養温度を検討し、培養条件の最適化を試みた。一定期間培養後に観察を行い、いずれの細胞もおおむね良好に培養できていることを確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヒトの腎臓由来の細胞をマイクロ流体デバイス内に2次元および3次元共培養することで、糸球体モデルと尿細管モデルを構築することを目指したが、各モデルについて細胞を良好に培養することができ、おおむね目的を達成できたと考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度に引き続き、デバイス内で細胞培養条件の最適化を試みる。糸球体については健常ヒトポドサイト細胞株および健常ヒト糸球体内皮細胞株の共培養を、尿細管についてはヒト腎近位尿細管細胞と健常ヒト糸球体内皮細胞株の共培養を試みる。培地組成、培地流速、培養温度、血管側流路への印加圧力、メンブレンフィルターのコーティング条件、ハイドロゲルの種類や組成などを検討し、培養条件の最適化を試みる。
このように構築したマイクロモデルについて、免疫染色を含めた細胞形態の顕微観察により、各細胞の状態の解析を試みる。具体的には内皮細胞による毛細血管網、尿細管の管状構造、糸球体内皮細胞におけるグリコカリックスの発現、ポドサイトの細胞骨格の変化、メンブレンフィルターに接着しているインテグリンの活性化などについて解析し、モデル改良の指標とする。
また、構築したモデルについて、低分子化合物あるいはタンパク質を血管側流路に添加し、尿細管側流路に漏出してきた量をはかることにより透過率を算出する。各流路での溶液の流速と流路間の圧力差を検討することにより、より実際の腎臓に近い透過率が得られるようにシステムの最適化を試みる。
|
Research Products
(2 results)
