A novel cell culture mechanical unloading model for dissecting mechanisms of reverse remodeling

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K17094
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 北里 梨紗 北里大学, 医学部, 助教 (10868938)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 機械的減負荷 / リバース・リモデリング / 心不全

Outline of Annual Research Achievements

近年の技術開発により補助人工心臓は心移植へのブリッジ(bridge to transplantation, BTT)としての一時使用から恒久使用へのシフトも検討されている。また、その強力なmechanical unloading(MU)は一部の例においてリバース・リモデリングによる心機能改善をもたらし、BTR(bridge to recovery)としての役割も注目されている。しかし、実際には補助人工心臓を離脱できる症例は僅かであり、現状ではBTTとしての導入が多くを占める。MU下のリバース・リモデリングの機序は不明であり分子学的解明が待たれるが、現状では in vitroモデルすら存在しない。そこで、申請者はラット心筋細胞による心不全培養モデルを細胞の減負荷を可能にする3D培養システム(Rotary Cell Culture System, RCCS)で維持することによりMU状態を作り出し、心不全のリバース・リモデリングの分子学的機序に迫ろうと考え、本研究を立案した。
RCCSは生体内に近い環境での３次元的な細胞培養を可能にし、骨細胞においてはin vitro MUモデルとしても使用されている (Spatz et al. 2015)。申請者貴研究費により同システムを2020年度に当研究室に導入が可能となり、当初は回転速度などの条件設定に苦慮したが、本年度はAngiotensin II (Ang II)で刺激した初代ラット心筋細胞心不全培養モデルではRCCSでMUを誘導することによりBNP,ANP, βMHC等の心肥大マーカーが有意に減少し得ることをRTPCRにより証明し得た。
またウエスタンブロット法を用いて、RCCS培養群では4EBP1 S6Kのリン酸化が有意に抑制されており、前述した結果はmTORシグナル経路に依存していることを示した。
また、当初に予定をしていなかったiPS由来心筋細胞においての検討も開始した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

RCCS培養システムを用いたin vitro心不全MUモデルは確立できたと考える。
当初はこれにフィブリン3Dバイオマテリアルを培養する予定であったが、現在は2D培養を行なっており、一定の成果を出している。
しかしながら、当初計画になかったiPS由来細胞を入手することができ、iPS細胞のスフェアを培養することにより、今後3Dに近い状態での培養が可能になっていくと考える。

Strategy for Future Research Activity

現在、iPS由来心筋細胞を用いた心不全モデルを作成し、これをRCCSに導入している段階であるが、より詳しい細胞シグナルについて解析し、できれば薬剤添加の効果も見ていきたいと考えている。

Causes of Carryover

当該助成金が生じた状況については、申請者がバイエルアカデミックサポートを受けることが出来たため、昨年度の研究費の大半はこちらから請求したことによる。
次年度以降は、引き続き、培養維持費、試薬や学会費等に貴研究費を使用させていただく予定である。