2022 Fiscal Year Annual Research Report
オルガノイドを基盤とした臓器工学的肝臓構築技術の開発
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21H01732
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
井嶋 博之 九州大学, 工学研究院, 教授 (10274515)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | オルガノイド / 臓器工学的肝臓 / ハイブリッドオルガノイド / つなぐ仕組み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、機能性ゲル粒子と細胞群からなるハイブリッドオルガノイドという新規細胞組織体を介在させることにより、細胞の組織化（組織構造）と、機能的優位性が明らかなミクロ構造体(オルガノイド)およびマクロ構造体(臓器構造)を「つなぐ仕組み」を実現し、精緻な類洞を有する肝小葉構造で満たされた臓器工学的肝臓構築を目指している。主な研究実績は以下のとおりである。
【① 適切な生分解特性を有する機能性ヒドロゲル粒子の開発】 前年度の研究により、機能性ゲル粒子によるオルガノイド形成促進および各種増殖因子の固定化およびその徐放特性を明らかにした。一方、高細胞密度化における酸素枯渇による障害性が顕著に生じたため、ヘモグロビンと過酸化物からなる酸素キャリアゲルを開発し、初代肝細胞の生存と肝特異的機能発現向上とその維持を実現した。これらの成果により、機能性ゲル粒子と細胞群からなるハイブリッドオルガノイド構築技術を確立した。
【② ハイブリッドオルガノイドにおける初期ドメイン構造の最適化】 本研究では、初代肝細胞、血管内皮細胞および間葉系幹細胞を構成要素としたオルガノイド構築に成功した。その際、階層的オルガノイド形成も可能であった。しかしながら、初代肝細胞は単離直後は良好な生存率であったもののその経時的低下が問題となった。そこで、ポリエチレングリコールを付加した細胞接着性ペプチドを開発し、単離直後の細胞に付与したところ、細胞の初期凝集の緩和、生存率維持の達成、および培養に伴う良好なオルガノイド形成と肝機能発現を実現した。これらの成果により、実効性のある初期ドメイン構造の最適化に成功した。
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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
オルガノイドを基盤とした臓器工学的肝臓の構築のためには、高密度な共培養オルガノイド形成、適切な配置の共培養オルガノイドの構築および臓器鋳型への細胞播種技術の確立が不可欠である。現在までの研究において、機能性ゲル粒子の活用による極端な高細胞密度播種におけるスフェロイド形成の実現、ランダムおよび階層型共培養スフェロイド形成デバイスの試作および臓器への播種経路路ならびに播種方法の最適化に成功している。さらに、安全な酸素供給ゲル基材の開発、加えて、新たに見出された初代肝細胞の生存率低下に対するポリエチレングリコールを付加した細胞接着性ペプチド処理による解決を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、機能性ヒドロゲルを用いたオルガノイド形成促進、共培養オルガノイド形成デバイスの試作および脱細胞化肝臓鋳型への細胞播種技術の基盤構築、さらには、酸素供給ゲル基材の開発および肝細胞生存率を維持できる基材開発に成功した。これらを踏まえ、下記の研究を重点的に推進し、課題の実現を目指す。
【① ハイブリッドオルガノイド移植による有効性評価】 ハイブリッドオルガノイドを肝不全モデルラットに移植し、血液生化学ならびに組織学的評価により、その有効性を明らかにする。
【② オルガノイドを基盤とした臓器工学的肝臓構築による有効性評価】 共培養オルガノイドによる肝関連遺伝子発現の向上について評価する。さらに、脱細胞化臓器鋳型を用いた肝グラフトを開発し、移植による肝組織構築、肝関連遺伝子発現、ならびに免疫反応の応答について検討し、オルガノイドを基盤とした臓器工学的肝臓の有効性について明らかにする。
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