マイクロマシンを用いた腸内での細胞パターニングと炎症性腸疾患治療への応用
| Project/Area Number |
23K25219
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| Project/Area Number (Other) |
22H03965 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90120:Biomaterials-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山添 泰宗 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (00402793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺村 裕治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (10365421)
新崎 信一郎 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (60546860)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
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| Keywords | マイクロマシン / 人工組織 / 炎症性腸疾患 / 幹細胞治療 / 細胞パターニング |
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| Outline of Research at the Start |
炎症性腸疾患(潰瘍性大腸炎やクローン病)の新たな治療法として幹細胞を用いた再生医療が注目されている。本研究では、体内など閉ざされた空間内に自在に細胞を配置できる独自開発したマイクロマシンを用いて、腸の病変部に自在に細胞を配置する技術を確立し、腸炎モデルマウスの腸内での多種類の細胞の配置や、配置した細胞による組織修復治療を行う。本研究を通じて、確実かつ正確に正常組織を再生できる革新的な炎症性腸疾患治療法の開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
炎症性腸疾患の新たな治療法として幹細胞を用いた再生医療が注目されている。本研究では、磁力による遠隔操作が可能で、細胞を目的地に輸送して配置できるマイクロマシンを用いて、腸の病変部に細胞を配置する技術を確立し、腸炎モデルマウスの腸内での多種類の細胞の配置や、配置した細胞による組織修復治療を行い、確実かつ正確に正常組織を再生できる新たな治療法の確立を目的としている。
昨年度は、病変部では正電荷を帯びた分子が蓄積していることに着目し、正電荷に富む表面に対する細胞配置を検証し、良好に細胞を配置することができた。本年度、さらに検討を重ねた結果、磁力を利用して、マシンで捕捉した細胞を配置の標的となる表面により強く密着させることで、コラーゲンゲルやマトリゲルなどの生体組織を模倣したハイドロゲル、異種の細胞、炎症を生じた腸など、正電荷に富む表面に限らず、様々な表面に30分以内に細胞を配置することができた。
最終目標であるマウスの腸内での細胞配置では、細胞を捕捉したマシンを腸内に導入し、体外に設置した磁石でマシンを引き寄せて捕捉している細胞を病変部に強く密着させる必要がある。腸と磁石の距離はおよそ7 mmあり、マシンの磁場への強い応答が求められる。マシンに含有させる磁性ナノ粒子の種類や量を最適化し、上記の要件を満たす磁気応答性を持つマシンを作製した。磁化測定装置を用いた計測により、マシンの飽和磁化は32 emu/gであることが分かった。また、マウス用大腸内視鏡を利用した腸内の標的部へのマシンの輸送や、腸への良好な細胞配置を妨げる腸表面の粘液の除去方法などについても検証を行い、in vivoでの細胞配置において必要となる手技を確立した。
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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
本研究では、最終的にマウスの腸内の病変部に自在に細胞を配置することを目的としている。これまでの研究により、生体組織を模倣したハイドロゲルや腸組織などにマイクロマシンを用いて短時間で細胞を配置する手法を確立することができた。また今後、マウスの腸内で細胞配置を行うために必要となる、内視鏡操作やマシンの磁気特性の最適化などの検証についても完了した。最終目標に向けて着実に研究が進展しており、おおむね順調に研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまで確立した手法を用いて生きたマウスの腸内に細胞を配置するin vivo実験を行う予定である。具体的には、蛍光標識した幹細胞などを潰瘍性大腸炎モデルマウスの腸内の病変部に配置する。配置した細胞の生存や増殖を調べ、仮に生存率が悪い場合には、医療用細胞足場材料で配置した細胞を覆うなどの対策を講じる。さらに、病変部に配置した治療用細胞による損傷組織の修復について、一定期間飼育後に採取した腸の組織染色などにより評価する。
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Effect of Bifidobacterium bifidum G9-1 on the intestinal environment and diarrhea-predominant irritable bowel syndrome (IBS-D)-like symptoms in patients with quiescent Crohn's disease: A prospective pilot study.2023
Author(s)
Tomita T, Fukui H, Okugawa T, Nakanishi T, Mieno M, Nakai K, Eda H, Kitayama Y, Oshima T, Shinzaki S, Miwa H.
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Journal Title
J Clin Med
Volume: 12
Issue: 10
Pages: 3368-3368
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Seasonal variations in gut microbiota and disease course in patients with inflammatory bowel disease.2023
Author(s)
Mizuki Tani, Shinichiro Shinzaki, Akiko Asakura, Taku Tashiro, Takahiro Amano, Yuriko Otake-Kasamoto, Takeo Yoshihara, Shunsuke Yoshii, Yoshiki Tsujii, Yoshito Hayashi, Takahiro Inoue, Daisuke Motooka, Shota Nakamura, Hideki Iijima, Tetsuo Takehara
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Journal Title
PLoS One
Volume: 18
Issue: 4
Pages: e0283880-e0283880
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Surface modulation of extracellular vesicles with cell-penetrating peptide-conjugated lipids for improvement of intracellular delivery to endothelial cells.2023
Author(s)
Tianwei Huang, Yuya Sato, Akiko Kuramochi, Yoshio Ohba, Masayuki Sano, Makoto Miyagishi, Hiroaki Tateno, Renu Wadhwa, Kazunori Kawasaki, Takeyuki Uchida, Kristina N Ekdahl, Bo Nilsson, Ung-il Chung, Yuji Teramura
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Journal Title
Regenerative Therapy
Volume: 22
Pages: 90-98
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Comparison of the real-world efficacy of filgotinib with tofacitinib in patients with refractory ulcerative colitis: A single-center retrospective study2024
Author(s)
S Yagi, H Fukui, K Yokoyama, K Kaku, Y Takagi, M Ikenouchi, T Sato, M Kawai, K Kamikozuru, Y Yokoyama, T Tomita, S Shinzaki
Organizer
19TH CONGRESS OF ECCO, FEBRUARY 21-24, 2024, STOCKHOLM, SWEDEN
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[Presentation] Serum Leucine-rich Alpha-2 Glycoprotein Can be a Biomarker for Selecting Anti-Cytokine Biologics in Patients with Inflammatory Bowel Disease: A Multicentre Prospective Cohort Study2024
Author(s)
T Amano, T Yoshihara, S Shinzaki, Y Sakakibara, T Yamada, N Osugi, S HIyama, Y Murayama, H Ogiyama, K Nagaike, Y Tujii, A Asakura, T Tashiro, M Tani, Y Otake-Kasamoto, T Inoue, A Yonezawa, H Iijima, Y Hayashi, T Takehara
Organizer
19TH CONGRESS OF ECCO, FEBRUARY 21-24, 2024, STOCKHOLM, SWEDEN
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