Human organoid-based research on the regulation of neural development by vascular systems

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07752
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 松井 健 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 特任講師 (90528605)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑子 賢一郎 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 准教授 (30468475)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ヒト脳オルガノイド / 血管

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、既存のProtocolに基づいてヒト大脳オルガノイド（Qian et al., Cell 2016）を作成し、その評価を試みた。免疫染色による解析を行った結果、このオルガノイド内部には脳室構造の周囲に神経幹細胞、その外側に神経細胞が分化した管状構造があり、胎生期ヒト脳に存在する神経管構造を再現できていることを確認した。
このほか、オルガノイドの内部に興奮性および抑制性ニューロン、アストロサイトなど、ヒト脳に存在する神経系細胞の多くが存在することも確認した。
さらに、先行研究（Wimmer RA, et al. Nat Protoc. 2019）に基づいてヒト血管オルガノイドを作成し、血管内皮細胞(PECAM-1)、血管周皮細胞(SMA, PDGFR-beta)のマーカーにより免疫染色を施行、これらのオルガノイドに含まれる細胞の評価を行った。
その後は、上記のヒト大脳オルガノイドとヒト血管オルガノイドをMatrigel内部で接合して培養を継続し、血管化ヒト脳オルガノイドの作成を試みている。今後は血液脳関門を形成するトランスポーターなど、脳血管に特異的な分子の発現状況を解析するほか、血管オルガノイドを構成する血管内皮細胞、血管周皮細胞が神経細胞の分化や生存に与える影響の評価も行う予定である。その後は、発生期ヒト脳において血管が神経細胞の移動に及ぼす影響を評価するため、蛍光標識したニューロンと血管のタイムラプス観察を行い、血管に沿ったニューロンの移動の有無を明らかにする予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

オルガノイドの分化が予想よりも悪く、培養系の再評価が必要であったため。

Strategy for Future Research Activity

血管化ヒト脳オルガノイドの評価を終えたのち、次の段階に進む。
今後は
(i) 血管系によるニューロンの分化制御の検証
(ii) 血管を足場としたニューロンの移動の検証
(iii) 血管系による神経回路形成への作用の評価
を予定している。

Causes of Carryover

実験の進行に遅れが生じたため、次年度使用額が発生した。翌年度にオルガノイドの評価に用いる抗体や培養用試薬の購入資金等に使用する予定。