Establishment of mass-productive fabrication method and new applications for bone organoids reconstructed by rotatory culture toward bone reconstruction
| Project/Area Number |
19K23604
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0403:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
KIM JEONGHYUN 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 特定研究員 (20844591)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ３次元培養 / 旋回培養 / 骨オルガノイド / 骨細胞 / Bone / Osteocyte / Organoid / Rotatory culture / Bone reconstruction |
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| Outline of Research at the Start |
近年、様々な細胞を利用して実際の臓器の持つ機能を再現できる3次元構造物であるオル ガノイド(Organoid)を用いた基礎研究、発生生物学、疾患モデルとしての応用が活発に行われている。しかし、未だに骨細胞の特性また骨形成を再現できる in vitro モデルは報告されていない。申請者は旋回培養法にてiPS 細胞を用いた骨オルガノイドの作製法を確立し、実験管内での骨形成及び骨系疾患に対する薬剤スクリーニング、また骨疾患 iPS 細胞 を用いた in vitro 疾患モデルとしての活用が期待される。さらに骨オルガノイドを骨形成不全症モデルに移植し、再生医療への有用性を明確にする 。
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨は破骨細胞による骨吸収と、骨芽細胞による骨形成を繰り返す骨リモデリングを常に行なっている。また、骨中の90％以上に該当する骨芽細胞由来の骨細胞は、この骨リモデリングをコントロールする司令塔としての役割を持つが、石灰化した骨類に埋まれた骨細胞への接近が困難である為、骨芽細胞を骨細胞の研究モデルとして使っているのが現状であり、生体内に存在している状態の骨組織を再現する実験モデルが必要である。一方、組織や細胞の特性を調べる基礎研究において実験管内で実際の臓器より小型・単純だが臓器が有する機能を再現できる３次元構組織であるオルガノイドモデルが注目されているが、未だに骨オルガノイドの報告はないため、骨関連疾患の理解や創薬研究は十分ではない。本研究では工学・医学的技術を用いてin vitro・in vivoで活用できる骨オルガノイドモデルの構築を目的とする。これまでにゲルなどの人工物質を用いた３次元化培養法が報告されているが、これらの人工物質による移植後の拒絶反応のリスクがあるのに対して、今回検討する手法では旋回培養法により多能性幹細胞だけで構築されたオルガノイドを大量作製できる。令和１年度においては、マウス前駆骨芽細胞MC3T3-E1細胞を用いた３次元スフェロイド(spheroid)作製法を確立した。本研究で得られたスフェロイドは、従来の２次元培養法に比べて短い時間で骨芽細胞様細胞から骨細胞様細胞への分化を誘導できる可能性を示した。このスフェロイドモデルに基づいて、令和２年度において、多能性幹細胞を用いた骨オルガノイドの作製法を確立する。
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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
令和１年度に確立した静置培養・旋回培養法を用いマウス前駆骨芽細胞によるスフェロイド作製及び骨細胞分化能評価を行った。特に、分化誘導因子の無い状態においても、従来の二次元培養法に比べて短い時間で骨芽細胞様細胞から骨細胞様細胞への分化誘導に成功した。現在、このスフェロイドモデルに基づいて、多能性幹細胞を用いたスフェロイド作製法確立のための実験を行なっている。先行研究で行なっていた骨芽細胞様細胞とヒト多能性幹細胞の機械的特性(大きさ、細胞間接着力)が異なるため、新たに多能性幹細胞を用いて細胞密度、旋回速度、旋回時間などの培養条件の最適化が進めている。よって、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により構築したマウス前駆骨芽細胞を用いたスフェロイドに基づいて、多能性幹細胞を用いたスフェロイド作製に発展させる。このスフェロイドモデルが骨分化また骨形成機能を持つか検証して、骨オルガノイドとしての活用を検討する。また、薬剤による応答・効果など生体内と同様の機能を有する事を確認する。さらに、骨疾患iPS細胞を用いてオルガノイドを作製し疾患モデルへの応用も試みる。これらの、in vitroにおいての検証実験後、骨形成不全モデルのマウスへ移植してin vivoにおいた骨形成機能を検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
