ヒト多能性幹細胞由来の大脳新皮質組織を用いた霊長類に於ける神経回路の再構築

• Project/Area Number: 17J10294
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: General medical chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 坂口 秀哉 京都大学, iPS細胞研究所, 特別研究員(PD) (30779153)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: オルガノイド / 神経分化誘導 / 大脳皮質 / 大脳オルガノイド / ヒト多能性幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度の計画で記載した通り、海外における研究基盤立ち上げに研究時間を充てている。
米国Salk研究所に長期渡航し、SFEBq法を用いて3次元での大脳皮質組織の誘導を行った。非血清存在下に神経組織が誘導されることを元に、まずSFEBq法によって神経上皮の誘導を行い、Wnt/BMP阻害剤の添加によりそれらの神経組織を吻側化する事で大脳皮質領域の誘導を行うことで、分化誘導開始後30-40日で３次元のヒト大脳組織を得ることができた。この際に、アメリカでのヒト胚性幹細胞の主要ラインの一つであるH9 cell lineを用い、feeder freeで分化誘導を行い、その再現性が取れることを確認した。
得られた神経組織は当初のin vitro培養条件では培養90日程度の長期培養が可能であり、培養100日前後まで安定して培養できるようになった。免疫染色にて、分化誘導した組織が大脳組織であることを確認し、その層構造形成が発生段階を追うようにして形成されていることを確認できた。日本におけるKhES1の細胞ラインでは、継代間でのばらつきが少なかったが、H9ラインではとても大きく、再現性を担保することが困難であったため、分化誘導をかける際の酵素の種類や、ROCK inhibitorの濃度を含め、様々な条件を検討してみたが、再現性という点ではKhES1を上回る結果は得られなかった。細胞ライン間での分化傾向の違いに加え、継代間でのばらつきまで認めるため、SFEBqそのものは再現できるものの、日本で行うように効率良い再現に関しては、約6ヶ月検討してみたが、達成できなかった。
大脳オルガノイドの移植については、日本の所属先で引き継ぎの上継続して行っており、その指導に関与し、論文作成に深く関わって現在投稿中である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Self-organized synchronous calcium transients in a cultured human neural network derived from cerebral organoids. (2019)
  • Author(s): Sakaguchi H, Ozaki Y, Ashida T, Matsubara T, Oishi N, Kihara S, Takahashi J.
  • Journal Title: Stem Cell Rep. Volume: 13 Issue: 3 Pages: 458-473
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.05.029
  • NAID: 120006888502
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Ethics of Cerebral Organoid Research: Being Conscious of Consciousness (2019)
  • Author(s): Sawai Tsutomu、Sakaguchi Hideya、Thomas Elizabeth、Takahashi Jun、Fujita Misao
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 13 Issue: 3 Pages: 440-447
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.08.003
  • NAID: 120006734877
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced Axonal Extension of Subcortical Projection Neurons Isolated from Murine Embryonic Cortex using Neuropilin-1. (2017)
  • Author(s): Noritaka Sano, Takafumi Shimogawa, Hideya Sakaguchi, Yoshihiko Ioroi, Yoshifumi Miyawaki, Asuka Morizane, Susumu Miyamoto, and Jun Takahashi.
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience. Volume: 11
  • DOI: 10.3389/fncel.2017.00123
  • NAID: 120006318875
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Self-Organized synchronous calcium transients in a cultured human neural network derived from cerebral organoids (2019)
  • Author(s): Hideya Sakaguchi, Jun Takahashi
  • Organizer: ISSCR 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-dimensional evaluation of human embryonic stem cell-derived cerebral organoid. (2017)
  • Author(s): Hideya Sakaguchi and Jun Takahashi.
  • Organizer: International Society of Stem Cell Research.
  • Int'l Joint Research