Integrated approach for analysis of early human development using micropattern culture system and its application to disease research

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19242
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Abe Kuniya 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, チームリーダー (40240915)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: ヒトiPS細胞 / ヒト初期発生 / 細胞分化 / 分化特性 / バイオリソース / シングルセル解析 / 画像解析 / AI

Outline of Final Research Achievements

In this study, we established a highly reproducible and synchronous cell differentiation analysis platform using a micropatterned human iPS cell culture system to understand the process leading to three germ layer formation, an important aspect of early human development, and clarified the cell differentiation process and gene expression changes along the time series of multiple iPS cell lines derived from healthy individuals. We have established a simple and rapid method to test the differentiation potential of multiple iPS cell lines based on image data, and have shown that there are differences in differentiation patterns among cell lines , and that these patterns can be classified into several types. To facilitate the single cell gene expression analysis, novel sample multiplexing method has been established.

Free Research Field

発生遺伝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において、多数のiPS細胞株の分化能を高速、高効率に評価することが可能な標準化技術を確立した。マイクロパターン培養を用いたこの評価系では、3胚葉形成の進行が非常に再現性高く、同調的に進行することを見出し、この特性により各細胞株の分化特性の違いを定量的に評価することが可能となった。これまで、分化能特性は定性的な評価しか出来なかったが、今回、定量的データを取得することが可能になったことは高い学術的意義を持つ。また、本手法により、既に整備されている膨大なiPS資源の有効な利活用が可能になり、ヒトに係わる生物医学研究を大変革する可能性が高く、挑戦的研究として高い社会的意義を持つものと思われる。