A paradigm shift in fetal oxygen regulation implicated in heart regeneration.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19933
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: HASHIMOTO Ken 川崎医科大学, 医学部, 准教授 (80341080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 毛利 聡 川崎医科大学, 医学部, 教授 (00294413) ; 塚田 孝祐 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00351883) ; 臼居 優 川崎医科大学, 医学部, 助教 (10868615) ; 花島 章 川崎医科大学, 医学部, 講師 (70572981)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 心筋 / 分裂 / 再生 / 酸素環境

Outline of Final Research Achievements

Low oxygen-based cardiac regeneration is a promising strategy, as mammalian cardiomyocytes only proliferate under hypoxic intrauterine conditions. Meanwhile, cardiac regeneration in broad range of animal species has been extensively studied from an evolutionary perspective. Of note, some amphibians retain regenerative capacity throughout their lifespan, but its association with oxygen environment is unclear. In this study, we established a novel system to analyze oxygen dynamics in animal bodies using 1) an oxygen dissociation curve of hemoglobin and 2) porphyrin-based in vivo oxygen partial pressure measurement system. We applied this system to several amphibians (Neotenic Axolotls, Pleurodeles waltl, and Xenopus laevis) as well as to umbilical arteries and veins in rats, which will contribute to the understanding of the oxygen dynamics in feto-maternal circulation.

Free Research Field

心臓進化生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

哺乳類の心筋細胞は低酸素下の胎生期にのみ分裂再生能を持つ為、低酸素ベースの心再生医療が期待されている。一方、一部の両生類は成体期においても強い心再生能を持つが、酸素動態との関連は不明である。動物体内において、酸素はヘモグロビン[Hb]との結合解離により血管から組織への供給が調節されている為、酸素動態を正確に評価するには、1)Hbの酸素飽和度、2)酸素分圧の両方の情報が必要である。本研究ではこれらを組み合わせた新規実験系を構築し、種々の両生類（アホロートル、イベリアトゲイモリ、アフリカツメガエル）やラット胎児に適用することで、心再生能を有する動物種の酸素動態を評価可能な実験系を構築した。