多孔性高機能ハイドロゲルを用いたin vitro3D神経膠芽腫組織の創出

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12679
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 王 磊 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (70637975)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷川 聖 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任助教 (00823353)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 癌 / 癌幹細胞 / 脳腫瘍 / ハイドロゲル / シグナル

Outline of Annual Research Achievements

北大オリジナル高機能高分子ソフト&ウェットゲルを用いて高速・効率的かつ再現性が高い幹細胞の誘導法を開発した。本研究はこの誘導法を発展させて、 Porous化した高機能ハイドロゲルを用いて、GSCニッシェを創出することで、ヒトの脳内病変を模倣したGBM組織を再構築する。そしてGSCニッシェがGSCを制 御・維持するしくみを解明し、それに基づくGSCに特異的な治療法の開発を目指す。 神経膠芽腫は治療抵抗性が高く、再発が多く、5年生存率は8%以下と予後が悪い。治療抵抗性と再発はGBMのがん幹細胞(GBM stem cell, GSC) が再増殖するため、GSCの性質を知り、それを撲滅する治療法の開発が必要である。しかしながら、幹細胞はがん組織中に微量であり、かつ症例ごとに異なりまた同一組織の中で多様性があるため研究論文は多数あるが実臨床での治療標的とはなっていない。申請者らは、北大オリジナ ル高機能高分子ソフト&ウェットゲルを用いて高 速・効率的かつ再現性が高い幹細胞の誘導法を開発した。本研究はこの誘導法を発展させて、 Porous化した高機能ハイドロゲルを用いて、GSCニッシェを創出することで、ヒトの脳内病変を模倣したGBM組織を再構築する。そしてGSCニッシェがGSCを制御・維持するしくみを解明し、それに基づくGSCに特異的な治療法の開発を目指す。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は最後年となります。昨年度はゲルの物理特性として、力学的性質および電荷密度の2点に着目して、力学的にハイドロゲルは生体軟組織と同程度の弾性率を有し、弾性率は調製可能なため、引張試験・動的粘弾性試験により培養基盤の粘弾性的性質を定量化しました。また、当教室は数種類の神経膠腫培養細胞株を高機能ハイドロゲル上で培養すると幹細胞様sphereを形成し、幹細胞マーカーSox2、Oct3/4、Nanogが短時間で発現亢進することを見出した。これらの細胞を用いて、血管内皮及び周皮細胞を導入したPorous化高機能ハイドロゲル上の3D培養を行う予定です。

Strategy for Future Research Activity

ヒト由来GBM初代培養細胞を用いて、血管内皮及び周皮細胞を導入したPorous化高機能ハイドロゲル上に3D培養し、さらに1化学療法耐性細胞 、2放射線耐性細 胞、3分子標的療法の治療を行い、それぞれの耐性細胞を解析し、本研究では、初めてin vitroで Porous化した高機能ハイドロゲルモデルを用いて、in vitro で各治療法に共通したGBM耐性メカニズムを同定する。本研究では、樹立した化学療法耐性、放射線耐性、 分子標的療法耐性株について、共通の遺伝子変化の有 無をマイクロアレイ解析にて検討する。マイクロアレイ解析にて得られた候補分子は、申請者らが所属する教室に保管されているグレード別のヒト脳腫瘍病理 組織を用いてRT- PCR 法にて真偽の確認を行う。陽性所見を得られた分子に対しては、siRNAによるノックダウン細胞を作製して治療耐性能の低下を確認す る。共通耐性メカニズムの解明に関する検討研究代表者 を中心として行う。