Establishment of cat multiorgan organoid-on-a-chip system

Research Project

Project/Area Number	22K19241
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 42:Veterinary medical science, animal science, and related fields
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	臼井達哉東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80727652)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大松勉東京農工大学, 農学部, 准教授 (60455392) 川野竜司東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90401702)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000) Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	オルガノイド / 乳がん / 猫 / オーガンオンチップ
Outline of Research at the Start	ヒトと同様に猫の高齢化が進むことで治療の機会が増えているが、病態解明につながる研究がほとんど進んでいない。そこで本研究では、猫の正常肺、腸管、肝臓および腎臓オルガノイドを搭載したマイクロ流路デバイスを作製し、猫から分離された新型コロナウイルスを含む様々なウイルスを灌流させることで多臓器への直接的な影響やウイルス遺伝子の増幅や変異パターンの時空間的解析を行い、猫の生体内におけるウイルス感染症に対する制御機構を明らかにすることを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	近年、患者由来の細胞をディッシュ上で三次元的に培養する方法として、オルガノイド培養法が開発された。我々はこれまでの研究活動においてオルガノイドを搭載可能な独自のオーガンオンチップシステムをデザインし、犬のオルガノイドを用いたウイルス灌流実験に使用可能であることを明らかにしたが、猫の複数の異なる臓器由来のオルガノイドを搭載した流路デバイスはいまだに開発されていない。そこで、本研究では、猫の多臓器オルガノイドを搭載したオーガンオンチップシステムを確立し、ウイルス性疾患やがんの相互作用メカニズムを明らかにする。今年度は猫乳がんオルガノイド細胞とマウス腸管オルガノイドを流路デバイスに搭載し、トセラニブの灌流実験を実施した。トセラニブの灌流を行った乳がんオルガノイドではアポトーシスマーカーの上昇が認められた。一方で、マウス腸管オルガノイドではアポトーシスマーカーの上昇は認めれず、ネクローシスマーカーの上昇が認めれた。今後は、灌流後のオルガノイドのRNAシークエンス解析を実施し、より詳細なメカニズムを明らかにするとともに、腸管や心臓細胞を搭載した状態での抗がん剤灌流の評価を行っていく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 昨年度は主に下記の項目の実験に進捗がみられた。猫乳がんオルガノイドとマウス腸管オルガノイドを搭載したオーガンオンチップの確立:猫乳がんオルガノイド細胞とマウス腸管オルガノイドを流路デバイスに搭載し、トセラニブの灌流実験を実施した。トセラニブの灌流を行った乳がんオルガノイドではアポトーシスマーカーの上昇が認められた。一方で、マウス腸管オルガノイドではアポトーシスマーカーの上昇は認めれず、ネクローシスマーカーの上昇が認めれた。これらの結果から、流路デバイスでの抗がん剤の暴露はがん細胞でアポトーシスを誘導するが、正常細胞ではネクローシスを引き起こすことでオルガノイドの生存率を低下させる可能性が示唆された。
Strategy for Future Research Activity	本年度は主に下記の項目の実験を進める予定である。灌流後のオルガノイドのシミュレーション解析を実施し、チャンバーの位置による生存率の違いを明らかにするとともに、iPS細胞由来心臓細胞などを搭載した状態で抗がん剤灌流実験を行い、癌細胞と正常細胞への抗がん剤暴露を同時に評価可能なシステムを確立する。