ティッシュエンジニアリング技術による３次元大脳組織の作製
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19K23613
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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 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
赤木 祐香 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50849544)
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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 | ティッシュエンジニアリング / 大脳 / 多能性幹細胞 / 灌流 / ティシュエンジニアリング / 幹細胞 / 脳 / 再生医療 / 組織工学 |
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| Outline of Research at the Start |
“ミニブレイン”と呼ばれるヒト脳に似た立体構造を示す脳オルガノイドが注目されている。しかし、脳オルガノイドは無秩序な自己組織化により形成されるため方向性を持たず、ヒト脳とは似つかない歪な構造を示し、脳発生機構の解明等に向けた研究ツールへの応用を妨げている。本研究では、灌流型デバイスシステムにより、in vitroで3次元の組織構築を制御し、秩序ある脳組織を作成する。具体的には、iPS細胞由来の細胞を含む組織ゲルをデバイスに組みこみ、培地を送液することで細胞の分裂速度や移動方向を制御する。これにより誘導された組織は層構造を有すため、脳発生の理解、高度の薬物試験や疾患モデルへの応用が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は灌流型の三次元デバイスシステムを用いたティッシュエンジニアリング技術により、in vitroで大脳組織を構築することを目的としている。そのため初年度は、多能性幹細胞から大脳組織への作製方法の確立と、灌流型の三次元デバイスの設計を行うことを計画していた。
まず、大脳組織を作製する方法を確立するため、大脳オルガノイドの作製方法を基に、ヒト人工多能性幹細胞 (induced pluripotent stem cell: iPSC)から大脳組織を作製した。デバイスによる構造制御を受けていない大脳組織は、作製35または50日目には神経上皮様構造を複数箇所示した。また、免疫染色により神経幹細胞マーカーのSOX2と神経マーカーのTUJ1を陽性に示した。特にSOX2は神経上皮様構造を形成する細胞に陽性を示し、神経上皮様構造の周囲の細胞はTUJ1を陽性に示した。さらに、定量PCRによりSox2やBrn2、MAP2の発現が作製過程で上昇することを確認した。よって、層構造をもつ大脳組織が作製されたことが示唆された。
次に、これまで皮膚や肝臓の三次元組織モデルに用いてきた灌流型の三次元デバイスを改良し、大脳組織に一定の方向性を与え、長期培養に適したデバイスの設計を行っている。また、大脳オルガノイド作製法ではヒトiPSCから分化させたニューロスフェアをマトリゲル封入し、成熟化させている。一方、デバイス内での組織構築では、デバイスに充填したマトリゲル内にヒトiPSCを封入し、大脳組織へ分化誘導させる必要がある。そこでマトリゲル内での分化能を検証するため、ヒトiPSCをマトリゲルに封入し、大脳組織への分化誘導を行った。誘導20日目には、Sox2を陽性に示す細胞が確認された。しかし、長期培養によりマトリゲル内部に空洞ができるなど課題もあり、現在も細胞密度や足場材などの最適化を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大脳組織の作製法は概ね確立したが、デバイスの設計が遅れている。当初予定していた灌流型の三次元デバイスシステムでは長期培養が困難であることや、組織を貫通しない灌流路の必要性から、デバイスの再設計を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はデバイス内に充填したマトリゲル内で多能性幹細胞から大脳組織へ誘導し、灌流による組織構造や成熟度への影響を検証する。同時に、培養期間の短縮化や大脳組織の成熟化のため、添加因子などの培養条件を改善していく。また、作製した大脳組織はSOX2やTUJ1の他、層特有のマーカー、例えば深層領域 (V-VI層) のマーカーであるCTIP2や中間層 (II-IV層) マーカーの CUX1やBRN2での免疫染色により構造評価を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
