Spatio-temporal analysis of hematopoietic stem cell dynamics through visualization and manipulation of bone marrow oxygen environment

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21621
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 54:Internal medicine of the bio-information integration and related fields
• Research Institution: National Center for Global Health and Medicine
• Principal Investigator: Takubo Keiyo 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, 研究所, 生体恒常性プロジェクト長 (50502788)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 造血幹細胞 / 幹細胞ニッチ / 骨髄 / イメージング / メタボロミクス

Outline of Final Research Achievements

The oxygen environment of bone marrow maintains hematopoietic stem cells and sustains blood cell production. In this study, we used multiphoton laser microscopy, intravital staining, and genetic reporter animals to enable in vivo imaging of living bone marrow with landmarks. In particular, we analyzed the oxygen distribution in the bone marrow and how it changes. Furthermore, the TCA method, a technique for local manipulation of oxygen distribution in bone marrow, was utilized to verify whether changes in hematopoietic stem cells and hematopoiesis occurred.

Free Research Field

幹細胞生物学、血液学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

In vivoイメージング技術は、生体臓器内の細胞の“生きざま”を直接観察する手法であり、各細胞の時空間動態や、細胞間相互作用を明らかにできる。本研究でin vivoイメージング技術をすべての血液細胞を生み出す造血幹細胞とその近傍のニッチの研究分野に導入し、酸素分圧との同時イメージングが可能となった。今後は骨髄内の細胞社会で生じる各種のイベントや、疾患・病態における変容を高い時空間解像度で検出可能になることが期待される。