機能改変平滑筋細胞の作製と三次元的な細胞移植による膀胱尿管逆流防止機構強化の試み
| Project/Area Number |
21K09376
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56030:Urology-related
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
丸山 哲史 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (50305546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 祐太郎 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40238134)
安井 孝周 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40326153)
水野 健太郎 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70448710)
中根 明宏 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70464568)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 膀胱尿管逆流 / 逆流防止術 / 平滑筋細胞 / ホローファイバー / 伸展刺激 / 細胞工学 / 上皮間葉系誘導 / KIT陽性細胞 / 内視鏡的注入療法 / 尿管蠕動 / 間質細胞 / 細胞移植 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞移植の手技を用いて平滑筋の収縮能および共同性を高めることで尿管蠕動を亢進し、逆流防止機構を増強する手法を着想した。本研究では伸展・電気刺激とサイトカイン刺激により平滑筋細胞間の力学的および電気学的接着を強化する。加えて、間質細胞を分化誘導することで、自己調節能力を有し蠕動運動が可能な細胞群を作製する。これらの機能的細胞群を尿管壁へ注入することで尿流通過性を亢進し、逆流防止機構の増強を目指す。さらに精緻で3D的な注入技術の開発と、幹細胞(ES細胞)から再生した細胞を用いることで生体適合性が担保され臨床応用可能な量の細胞群確保をプランした。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は尿管トンネル内での尿管壁の生理的動き（蠕動運動）を詳細に検討した。尿管壁内腔の収縮は下流方向に次々と一定の間隔を保ち連動しながら派生し、流れ方向への統一的な波打つ動きであることを確認した。特に尿管口近傍での縦走筋の収縮は強く、蠕動運動による「尿管トンネルの短縮効果」は膀胱尿管逆流（VUR）発生の要因になりうることが示唆された。尿ボーラスが輪状筋の収縮により形成され、縦走筋の収縮により尿ボーラスの移動が起こることを確認した。蠕動運動は腎盂内にあるペースメーカ細胞による電気的刺激が発端となると言われている。下部尿管においても同様なメカニズムによりペースメーカ機能を持つカハール細胞が隣接する輪状筋相互の弛緩タイミングを調整される、尿流に方向性が生じていることが示唆された。以上の所見に基づき、電気的刺激を用いて共同性を補強した平滑筋細胞を、3D的手技を用いて空間的な方向性を形成するように移植することを試みた。移植細胞の準備として、ホローファイバーシステムを用いて管腔組織を作成し、電気刺激とサイトカイン刺激により細胞間接着を強化するとともに間質細胞を分化誘導することを試みた。作成したシステムに律動的な電気刺激を加えたことで平滑筋組織に方向性をもった空間的配置が確立され、電気的結合が強化されたことが示唆された。さらに、サイトカイン刺激によりKit陽性間質細胞がこのシステム内に誘導され、平滑筋組織に自動能がもたらされる可能性が示唆された。また、上皮細胞は電気力学的な刺激により上皮間葉(EMT)誘導を来たし平滑筋へと再分化し、その過程を免疫組織学的に追跡した。上皮系細胞のマーカーであるサイトケラチンと間葉系細胞のマーカーであるビメンチンの分布を検討した。さらに、アクチンミクロフィラメントやギャップジャンクションの構造を電子顕微鏡で確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
COVID-19 パンデミックによる社会情勢の未曾有の変化により、愛知県では令和2年4月10日～5月26日、および令和2年8月6日～8月24日の2回にわたり非常事態宣言が発出された。その後、パンデミックは沈静化傾向にあったが、令和５年度に置いても散発的なアウトブレークがあったことから引き続き厳戒体制をとることになった。特に、筆頭研究者が主として勤務する名古屋市立東部医療センターは、愛知県指定の第二種感染症指定医療機関として感染症病床を有し、また発熱患者等が診療・検査を受けられる体制としての「診療・検査機関」に指定されている。更に、かかりつけ医を持たず、受診先に迷う方々に対しては、保健所に設置された「受診・相談センター」から指定をうけた、「電話相談体制を整備した医療機関」に選定された。これらに基づく受け入れ態勢準備、来院者に対する診療・特殊検査に従事した。一方、発熱者が一般の診療機関で敬遠される傾向にあり、「救命救急センター」「地域医療支援病院」としての責務上、業務量の増加が著しかった。研究環境全般の劣化も大きな要因となった。いわゆる３密状態での研究活動が不可能になった。研究スペースの確保、換気状態の改善などに時間を要した。物流の全般的な停滞により、研究資材の搬入が計画通りに行かなかった。国内外の研究会および学会の延期などにより、公的な発表機会が失われ研究結果についての十分な検討が困難であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
重層的な研究体制を構成することで組織の安定化を図る。ホローファイバーシステム作製、マトリックス作製、動物実験（ラット）・細胞培養・遺伝子発現解析などそれぞれの技術に習熟した研究者の協力のもとに実験を遂行する。効率的に研究を進めるため研究方法ごとに研究者を分担する。実際の臨床応用においては機能を持つ細胞群が多量に必要で、プロセスの更なる効率化が課題である。尿路上皮や平滑筋の幹細胞が利用できれば、未分化状態を維持したままの分裂増殖により、大きく欠損した尿路を補うのに十分な量の新しい細胞群を得ることが可能である。出発点としてES細胞などを用いればより非侵襲的な方法となる。ES細胞由来の細胞群を基に尿路上皮細胞、平滑筋細胞また間葉細胞を得ることを検討する。
伸展及び電気刺激をホローファイバーシステムに負荷することで蠕動運動機能を持つように分化した細胞群からなる組織を一旦細胞レベルに分散させることで、注入療法に利用な可能な細胞材料とする。実際の臨床応用にあたっては、尿管蠕動運動をコントロールすることが可能なこれら培養細胞を注入基材として用いることにより、VUR治癒効率の改善及び長期効果の改善が期待される。まその際には近年隆盛をみるロボット支援手技を応用することでさらに精緻な手技となることが期待される。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
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[Journal Article] A Multicenter, Prospective, Non-randomized Study Evaluating Surgical hand Preparation between Double-Gloving and Single-Gloving for Preventing Postoperative Infection in Robotic and Laparoscopic Minimally Invasive Surgeries2023
Author(s)
Nagai T, Taguchi K, Isobe T, Matsuyama N, Hattori T, Unno R, Kato T, Etani T, Hamakawa T, Fujii Y, Ikegami Y, Kamiya H, Hamamoto S, Nakane A, Ando R, Maruyama T, Okada A, Kawai N, Yasui T
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Journal Title
Urol J
Volume: 20
Pages: 109-115
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Usefulness of uroflowmetry for the management of urethral prolapse in a prepubertal girl2023
Author(s)
Matsumoto Daisuke, Mizuno Kentaro, Kamisawa Hideyuki, Kato Taiki, Nishio Hidenori, Kurokawa Satoshi, Nakane Akihiro, Kubota Hiroki, Maruyama Tetsuji, Yasui Takahiro, Hayashi Yutaro
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Journal Title
J Pediatr Surg Case Rep
Volume: 92
Pages: 1016-1026
Related Report
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[Journal Article] Low Serum Inhibin B/Follicle-Stimulating Hormones and Anti-Mullerian Hormone/Follicle-Stimulating Hormones Ratios as Markers of Decreased Germ Cells in Infants with Bilateral Cryptorchidism2021
Author(s)
Kato T, Mizuno K, Matsumoto D, Nishio H, Nakane A, Kurokawa S, Kamisawa H, Maruyama T, Iwatsuki S, Umemoto Y, Yasui T, Hayashi Y
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Journal Title
J Urology
Volume: 207
Issue: 3
Pages: 701-709
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Low Serum Inhibin B/Follicle Stimulating Hormone and Anti-Mullerian Hormone/Follicle Stimulating Hormone Ratios2021
Author(s)
Kato T, Mizuno K, Nishio H, Nakane A, Kurokawa Sa, Kamisawa H, Maruyama T, Iwatsuki S, Umemoto Y, Yasui T, Hayashi Y
Organizer
American Urological Association Annual Meeting
Related Report
Int'l Joint Research
