Development of a novel tissue preservation method via mammalian hypometabolism
| Project/Area Number |
19H01066
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
高橋 政代 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員主管研究員 (80252443)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
砂川 玄志郎 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (70710250)
万代 道子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 副プロジェクトリーダー (80263086)
Tu HungYa 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (10780835)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥46,540,000 (Direct Cost: ¥35,800,000、Indirect Cost: ¥10,740,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2019: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000)
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| Keywords | 組織保存 / 能動的低代謝 / 冬眠 / 休眠 / オルガノイド / 日内休眠 / 組織保存法 / 網膜シート / 低温耐性 / 低代謝耐性 / 再生医療 |
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| Outline of Research at the Start |
再生医療の普及にはドナー組織の安定した供給に加えてドナー組織の安全な長期保存が不可欠である。しかし、未だに最適なドナー組織保存手法が確立されていない。2016年に当研究室で開発したマウスの低代謝状態を自在に誘導できる技術によって、哺乳類の低代謝研究は近代的な遺伝学的手法を駆使できる分野に変貌を遂げた。そこで、哺乳類が自然に備えている能動的低代謝（冬眠や休眠）を応用した革新的組織保存法の研究開発を行い、最終的に当研究室で製造しているヒトiPS細胞由来網膜シートを用いて保存能を評価する。再生医療がより多くの患者に行き渡るように、最先端の再生医療技術を基盤にドナー組織の新規保存法の開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、マウスが有する能動的低代謝の制御機構を明らかにし、試験管内で低代謝を再構成することで同原理を証明し、最終的にヒト網膜組織を用いて能動的低代謝による組織保存法の実現性を探る。マウスの組織に備わっている休眠能（低代謝耐性ならびに低温耐性）を明らかにすることが直近の目標と言える。そのために、2つの大きな戦略をとっている。１つはマウス由来の細胞系にて、マウスお休眠表現型を再構成すること。１つは休眠マウスの組織を解析することで、休眠の抹消組織における基本原理を明らかにすることである。2年目の2020年度は休眠表現型のことなる複数のマウス系統のES細胞を用いて、培養温度が異なる際の代謝評価（細胞倍加時間、糖消費速度、酸排出速度、酸素消費量、乳酸排出速度など）を行い、マウスの近交系に含まれる休眠能の原理を明らかにするための基礎データを取得した。各系統からの遺伝子発現解析も行った。また、1年目に開発したQIHを用いて、安定的な休眠状態を誘導できるようになったため、休眠マウスの臓器別遺伝子発現解析のためのサンプリングを行った。また、予定していた1細胞遺伝子発現解析のための成体脳からの1細胞単離は技術的に困難であることが判明したため、シングル核の分離に方針を転換した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
020年度は初年度に整備した実験系を用いてデータが安定的に取得できるようになった。フラックスアナライザーによるマウスES細胞の安定した代謝測定や培地評価システム、低温培養における網羅的遺伝子発現解析が安定的に実施できた。QIHの開発により休眠動物の安定的な臓器のサンプリングが可能となり、心臓に加えて、脳、肝臓、腎臓の遺伝子発現解析を行った。視床下部の1細胞化は技術的に困難であることが判明した。しかし、代わりにシングル核に着手し始めたので、引き続き1細胞遺伝子発現解析の準備を進めたい。ヒトiPS細胞から網膜組織を誘導する系は安定的に運用されており、実験は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
インビトロ冬眠系の構築に関しては、ES細胞の低温培養から推察される低温耐性システムを明らかにする。2021年度は培養温度別のトランスクリプトーム解析の結果と培養温度が異なるときのES細胞の解糖系・ミトコンドリア系の代謝経路の評価に基づいて、特異的な代謝経路を阻害する実験を行い、低温耐性の分子機構を明らかにし、論文にまとめる予定である。また、休眠動物から取得した血清・髄液でインビトロで細胞の代謝を変化させられるか検討する。休眠マウスの多臓器サンプリングは心臓、肝臓、腎臓、脳の遺伝子発現解析をすすめる。また、強制的な低代謝である全身麻酔も比較対象にいれるためのサンプリングを行う。視床下部1核トランスクリプトームは、成体脳のシングル核の取得が安定的に可能となったらすすめる。インビトロ冬眠系の糸口がつかめている場合は、ヒトiPS細胞由来の網膜シートで代謝を制御できるか検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] A Discrete Neuronal Circuit that induces Hibernation-like State in Rodents.2020
Author(s)
Takahashi TM, Sunagawa GA, Soya S, Abe M, Sakurai K, Ishikawa K, Yanagisawa M, Hama H, Hasegawa E, Miyawaki A, Sakimura K, Takahashi M, Sakurai T
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Journal Title
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Peer Reviewed / Open Access
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