高インテグリティを実現するin vitro精子産生系の開発

• 研究領域: 配偶子インテグリティの構築
• 研究課題/領域番号: 18H05546
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 小川 毅彦 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (50254222)
• 研究分担者: 鈴木 貴紘 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 客員主管研究員 (00553661) ; 木村 啓志 東海大学, マイクロ・ナノ研究開発センター, 教授 (40533625)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 176,800千円 (直接経費: 136,000千円、間接経費: 40,800千円); 2022年度: 34,710千円 (直接経費: 26,700千円、間接経費: 8,010千円); 2021年度: 34,580千円 (直接経費: 26,600千円、間接経費: 7,980千円); 2020年度: 34,580千円 (直接経費: 26,600千円、間接経費: 7,980千円); 2019年度: 34,580千円 (直接経費: 26,600千円、間接経費: 7,980千円); 2018年度: 38,350千円 (直接経費: 29,500千円、間接経費: 8,850千円)
• キーワード: 精子形成 / 器官培養 / 組織再構築

研究成果の概要

試験管内マウス精子形成の成功は、牛血清アルブミン製剤であるAlbuMAXを培養液に加えることで達成できたが、AlbuMAXに含まれる重要物質の詳細を本研究で明らかにした。特に抗酸化物質とリゾリン脂質は重要であり、それらを組み合わせることで培養液の改良を行った。さらにマイクロ流体デバイスの素材であるシリコーン樹脂（PDMS）を用いて小チップを作製し、これを精巣組織片に被せることで精子形成効率を向上させることを見出した。これらの成果を組み合わせることで世界初のラット試験管内精子形成に成功した。また領域代表の林らとの共同研究において、マウスES細胞から機能的なセルトリ細胞の分化誘導に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

精子形成は動物の精巣内で進行する細胞の増殖と分化の過程である。産生された精子の完成度は次世代の誕生と仔の発育に大きく影響する。そこに、精子形成の詳細を理解する重要性がある。精子形成は複雑であるがゆえに、これまで体外で再現することが極めて困難であったが、私たちはマウスの精子形成を体外培養系で再現することに成功し、必要な条件を明らかにしてきた。体外精子形成の効率を上げる努力を続け、今回、ラットの体外精子形成にも成功した。このような研究の先に、ヒトの体外精子形成法の開発があり、男性不妊症の病態解明と治療に貢献することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] In vitro spermatogenesis in isolated seminiferous tubules of immature mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Feng Xuemin、Matsumura Takafumi、Yamashita Yuki、Sato Takuya、Hashimoto Kiyoshi、Odaka Hisakazu、Makino Yoshinori、Okada Yuki、Nakamura Hiroko、Kimura Hiroshi、Fujii Teruo、Ogawa Takehiko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 号: 4 ページ: e0283773-e0283773
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0283773
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature sensitivity of DNA double-strand break repair underpins heat-induced meiotic failure in mouse spermatogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano Kodai、Nonami Yuta、Nakamura Yoshiaki、Sato Toshiyuki、Sato Takuya、Ishiguro Kei-ichiro、Ogawa Takehiko、Yoshida Shosei
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 504-504
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03449-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rat in vitro spermatogenesis promoted by chemical supplementations and oxygen-tension control (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Takafumi、Sato Takuya、Abe Takeru、Sanjo Hiroyuki、Katagiri Kumiko、Kimura Hiroshi、Fujii Teruo、Tanaka Hiromitsu、Hirabayashi Masumi、Ogawa Takehiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 3458-3458
  • DOI: 10.1038/s41598-021-82792-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sertoli cell replacement in explanted mouse testis tissue supporting host spermatogenesis† (2021)
  • 著者名/発表者名: Higuchi Kazusa、Matsumura Takafumi、Akiyama Haruhiko、Kanai Yoshiakira、Ogawa Takehiko、Sato Takuya
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 105 号: 4 ページ: 934-943
  • DOI: 10.1093/biolre/ioab104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro reconstitution of the whole male germ-cell development from mouse pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishikura Yukiko、Ohta Hiroshi、Sato Takuya、Murase Yusuke、Yabuta Yukihiro、Kojima Yoji、Yamashiro Chika、Nakamura Tomonori、Yamamoto Takuya、Ogawa Takehiko、Saitou Mitinori
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 28 号: 121 ページ: 2167-2179.e9
  • DOI: 10.1016/j.stem.2021.08.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro精子形成研究の進展と展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本雪司、小川毅彦
  • 雑誌名: BIO Clinica 巻: 36 ページ: 21-25
• [雑誌論文] Antioxidant Vitamins and Lysophospholipids Are Critical for Inducing Mouse Spermatogenesis Under Organ Culture Conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Sanjo H, Yao T, Katagiri K, Sato T, Matsumura T, Komeya M, Yamanaka H, Yao M, Matsuhisa A, Asayama Y, Ikeda K, Kano K, Aoki J, Arita M, Ogawa T.
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: online ahead of print 号: 7 ページ: 9480-9497
  • DOI: 10.1096/fj.202000245r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis reveals inadequate spermatogenesis and immediate radical immune reactions during organ culture in?vitro spermatogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe Takeru、Nishimura Hajime、Sato Takuya、Suzuki Harukazu、Ogawa Takehiko、Suzuki Takahiro
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 530 号: 4 ページ: 732-738
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.06.161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time-course microarray transcriptome data of in vitro cultured testes and age-matched in vivo testes (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe Takeru、Nishimura Hajime、Sato Takuya、Suzuki Harukazu、Ogawa Takehiko、Suzuki Takahiro
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 33 ページ: 106482-106482
  • DOI: 10.1016/j.dib.2020.106482
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro精子形成の研究最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本雪司、松村貴史、古目谷 暢、佐藤卓也、小川毅彦
  • 雑誌名: 泌尿器科 巻: 12 ページ: 576-584
  • NAID: 40022420811
• [雑誌論文] In vitro spermatogenesis in two‐dimensionally spread mouse testis tissues (2019)
  • 著者名/発表者名: Komeya Mitsuru、Yamanaka Hiroyuki、Sanjo Hiroyuki、Yao Masahiro、Nakamura Hiroko、Kimura Hiroshi、Fujii Teruo、Sato Takuya、Ogawa Takehiko
  • 雑誌名: Reproductive Medicine and Biology 巻: 18 号: 4 ページ: 362-369
  • DOI: 10.1002/rmb2.12291
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Live Offspring after Testis Tissue Transplantation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Takehiko
  • 雑誌名: New England Journal of Medicine 巻: 381 号: 15 ページ: 1477-1479
  • DOI: 10.1056/nejmcibr1906768
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] High-precision microbeam radiotherapy reveals testicular tissue-sparing effects for male fertility preservation (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga, Hisanori Kaminaga, Kiichi Sato, Takuya Butterworth, Karl T. Watanabe, Ritsuko Usami, Noriko Ogawa, Takehiko Yokoya, Akinari Prise, Kevin M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9(1) 号: 1 ページ: 12618-12618
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48772-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generating Genetically Engineered Mice Using a Spermatogonial Stem Cell-Mediated Method. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ogawa T.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1874 ページ: 87-98
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8831-0_5
  • ISBN: 9781493988303, 9781493988310
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro spermatogenesis: A century-long research journey, still half way around. (2018)
  • 著者名/発表者名: Komeya M, Sato T, *Ogawa T.
  • 雑誌名: Reprod Med Biol. 巻: 17 号: 4 ページ: 407-420
  • DOI: 10.1002/rmb2.12225
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neonatal testis growth recreated in vitro by two-dimensional organ-spreading. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojima K, Nakamura H, Komeya M, Yamanaka H, Makino Y, Okada Y, Akiyama H, Torikai N, Sato T, Fujii T, Kimura H, *Ogawa T.
  • 雑誌名: Biotechnol Bioeng. 巻: 115 号: 12 ページ: 3030-3041
  • DOI: 10.1002/bit.26822
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 「In vitro 精子形成による精巣毒性評価」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小川毅彦
  • 学会等名: 第49回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 教育講演「精子幹細胞」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小川毅彦
  • 学会等名: 第67回日本生殖医学会学術講演会・総会
  • 招待講演
• [学会発表] “Establishment of in vitro spermatogenesis with high integrity” (2022)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Ogawa
  • 学会等名: The international symposium “Totipotency and Germ Cell Development”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 未だ目標到達できていない研究としての精子形成研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小川毅彦
  • 学会等名: 第109回日本泌尿器科学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] in vitro精子形成の改良と進展 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川毅彦
  • 学会等名: 第65回日本生殖医学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] In vitro approaches to obtain spermatozoa: Experimental approaches with a clinical perspective (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Ogawa
  • 学会等名: 12th International Congress of Andrology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “Improving in vitro spermatogenesis with organ culture methods (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Ogawa
  • 学会等名: The 23rd International Federation of Fertility Societies
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 横浜市立大学 医学研究科 臓器再生医学
  • URL: https://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~saiseig/
• [備考] 横浜市立大学 医学研究科 臓器再生医学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~saiseig/
• [備考] 生殖再生医学 小川毅彦
  • URL: http://www.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/proteome/ogawa/index.html
• [備考] 生殖再生医学・小川毅彦 研究室
  • URL: http://www.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/proteome/ogawa/index.html
• [産業財産権] 精巣体細胞様細胞の製造方法 (2022)
  • 発明者名: 小川毅彦、佐藤卓也、大塚麻衣、林 克彦、吉野剛史
  • 権利者名: 小川毅彦、佐藤卓也、大塚麻衣、林 克彦、吉野剛史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
• [産業財産権] 精子形成誘導用培地 (2019)
  • 発明者名: 小川毅彦、八尾竜馬、有田 誠
  • 権利者名: 小川毅彦、八尾竜馬、有田 誠
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-038578
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 精子形成誘導用培地 (2018)
  • 発明者名: 小川毅彦、八尾竜馬
  • 権利者名: 小川毅彦、八尾竜馬
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-114762
  • 出願年月日: 2018