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 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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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 | 大脳組織 / ティッシュエンジニアリング / 多能性幹細胞 / 大脳 / 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で構造を制御し、秩序あるヒト大脳組織を構築することを目的としている。昨年度は、従来のオルガノイド作製技術を用いて、ヒト多能性幹細胞から大脳組織への誘導方法を確立した。今年度は、三次元デバイスに充填したハイドロゲル内で大脳組織を誘導し、培養液を灌流させることで、大脳組織の成熟化を行うことを計画していた。大脳組織の構築に向け、下記2点について検証を行った。
①ハイドロゲル内での神経細胞の培養における条件検討：灌流型三次元デバイスシステムに充填するハイドロゲルとして、コラーゲンとマトリゲルの混合ゲルを用いた。そのため、ヒトiPS細胞由来の神経細胞を用いて細胞の維持及び分化誘導に適切な、混合ゲル比の条件検討を行った。また、ゲル内培養における最適な細胞濃度についても条件検討を行った。
②灌流型の三次元デバイスシステムを用いた大脳組織の作製：これまでに、皮膚や肝臓の組織モデルの作製に用いられた三次元デバイス(Mori, N., et al., Sci. Rep., 2020) による、大脳組織の作製を試みた。細胞をハイドロゲルで懸濁し、三次元デバイス内に充填し、シリンジ針をゲル内に貫通させることで、空洞の流路を形成させた。これにより、ゲル内の空洞に培養液を灌流することができる。最適化した混合ゲル比と細胞濃度でヒト多能性幹細胞をデバイス内に充填し、シリンジポンプを用いて培養液を灌流させながら、大脳組織への分化培養を行った。しかし、ゲルの収縮や流路の縮小により三次元デバイスシステムを用いた長期間の培養は課題が多く、デバイス内でのヒト多能性幹細胞から層構造を持つ大脳組織への誘導は困難だった。そのため、長期培養を可能にする新たなデバイスの設計や分化した神経細胞を充填するなど、現在検討を続けている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定してた灌流型3次元デバイスでの大脳組織の作製方法において、長期培養や充填する細胞種においていくつか課題が生じた。現在は、多能性幹細胞をデバイスに充填し、デバイス内で分化誘導する手法から、分化誘導した神経細胞を充填する手法に切り替えて推進している。
さらに、灌流が可能な大脳組織は、脳組織における薬剤応答性の検証といった、創薬への応用が期待される。大脳組織における複数の候補分子に対する薬剤応答を低コストに高速に評価できる技術が必要であると考え、新たにラマン分光法を用いた生体組織の評価技術の開発も並行して行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の予定を継続し、灌流型三次元デバイスでの大脳組織の構築を目指す。また、薬剤を灌流させることで、大脳組織への応答性を遺伝子発現解析、ELISAや免疫染色、ラマン分光法を用いて評価する。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
