自発的な酸素環境の変化に伴うiPS細胞の分化スイッチング現象の解析

• 研究課題/領域番号: 16K06875
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 北九州市立大学
• 研究代表者: 中澤 浩二 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (00304733)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: iPS細胞 / 胚様体 / マイクロウェルチップ / 酸素 / 細胞分化 / 細胞増殖 / PMMA / PDMS / マウスiPS細胞 / ヒトiPS細胞 / 低酸素環境 / 分化 / 低酸素 / Wntシグナル / ハンギングドロップ / 酸素環境 / 増殖

研究成果の概要

本研究では、PMMA（酸素供給が低い）およびPDMS（酸素供給が高い）マイクロウェルチップを利用して、iPS胚様体を取り巻く酸素環境が幹細胞の分化特性に与える効果を評価した。PDMSチップのiPS胚様体は、PMMAチップよりも細胞増殖能や低酸素状態が改善された。また、PMMAチップでは肝分化が促進されるのに対し、PDMSチップでは血管系分化が促進され、酸素環境の違いによって分化スイッチング現象がみられた。これらの結果から、胚様体を取り巻く酸素環境は幹細胞特性を制御する重要な因子であることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

再生医療や細胞アッセイなどの技術開発では、細胞特性を培養下でいかに制御するかが重要である。ここで、培養細胞の特性は栄養素、酸素、サプリメント、細胞代謝物などの様々な環境因子の影響を受ける。本研究では細胞を取り巻く「酸素環境」に着目し、酸素供給能が異なる独自の培養プラットフォームを作製してiPS細胞の特性を評価した。その結果、酸素環境の違いによって細胞の増殖性や分化状態が大きく変動することを明らかにした。これらの成果は、細胞特性を制御するための培養環境設計に重要な指針を与えるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Changes in HepG2 spheroid behavior induced by differences in the gap distance between spheroids in a micropatterned culture system (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Daisuke、Hara Takuya、Hyakutake Ai、Nakazawa Kohji
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 729-735
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.12.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spheroid culture enhances osteogenic potential of periodontal ligament mesenchymal stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Moritani Y.、Usui M.、Sano K.、Nakazawa K.、Hanatani T.、Nakatomi M.、Iwata T.、Sato T.、Ariyoshi W.、Nishihara T.、Nakashima K.
  • 雑誌名: Journal of Periodontal Research 巻: 53 号: 5 ページ: 870-882
  • DOI: 10.1111/jre.12577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differentiation of mouse iPS cells is dependent on embryoid body size in microwell chip culture (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 122 号: 4 ページ: 507-512
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.03.018
  • 査読あり
• [学会発表] 2D/3D培養における間葉系幹細胞の特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 徳永優斗, 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] 酸素透過性マイクロウェルチップを用いたスフェロイド培養 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 化学工学会 第50回秋季大会
• [学会発表] 間葉系幹細胞の2D/3D 培養 (2018)
  • 著者名/発表者名: 徳永優斗, 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 化学工学会 第50回秋季大会
• [学会発表] PDMS 製マイクロウェルチップを用いたiPS 胚様体培養 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 第40回日本バイオマテリアル学会大会
• [学会発表] 単層/スフェロイド培養における間葉系幹細胞の特性比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 徳永優斗, 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 第40回日本バイオマテリアル学会大会
• [学会発表] Morphological and functional studies of co-cultured hepatocyte spheroids with fibroblasts in a microwell chip culture (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nakazawa, D. Miyamoto, O. Kitano
  • 学会等名: 2018 ASCB/EMBO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Embryoid body culture of mouse iPS cells using microwell chips with different oxygen permeability (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: 2018 ASCB/EMBO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Neuronal differentiation of NT2 cells in two-dimensional monolayer and three-dimensional spheroid cultures (2018)
  • 著者名/発表者名: O. Kitano, D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: 2018 ASCB/EMBO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 酸素透過性マイクロウェルチップを用いたマウスiPS胚様体培養 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輔, 山口健太, 中澤浩二
  • 学会等名: 化学工学会 第49回秋季大会
• [学会発表] Embryoid body culture of mouse iPS cells using an oxygen-permeable microwell chip (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: 2017 TERMIS-Americas
  • 国際学会
• [学会発表] Embryoid body culture of mouse iPS cells using PDMS microwell chip (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: The 11th SPSJ International Polymer Conference（IPC2016）
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of mouse iPS embryoid bodies cultured on a microwell chip (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: 2016 TERMIS-AM
  • 発表場所: Manchester Grand Hyatt San Diego，サンディエゴ（米国）
  • 年月日: 2016-12-11
  • 国際学会
• [学会発表] iPS胚様体を取り巻く酸素環境と幹細胞分化特性の関係 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口健太, 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会シンポジウム2016
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-11-21
• [学会発表] 培養酸素環境がiPS胚様体の分化特性に与える効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輔, 中澤浩二
  • 学会等名: 日本動物実験代替法学会第29回大会
  • 発表場所: 九州大学百年講堂（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] Effect of oxygen environment on embryoid body culture of mouse iPS cells (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, D. Miyamoto, K. Nakazawa
  • 学会等名: 2016 TERMIS-AP
  • 発表場所: Fullon Hotel Tamsui，台北市（台湾）
  • 年月日: 2016-09-03
  • 国際学会
• [図書] 三次元培養における培養手法と周辺技術動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井嶋博之、水本、博、中澤浩二、他27名
  • 総ページ数: 197
  • 出版者: 情報機構
  • ISBN: 9784865021684
• [図書] 臓器チップの技術と開発動向 (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井康行、金森敏幸、中澤浩二、他46名
  • 総ページ数: 293
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313252
• [図書] 臓器チップの技術と開発動向 (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井康行、金森敏幸、小島肇夫、中澤浩二、他
  • 総ページ数: 293
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 細胞培養の基礎知識と細胞培養基材の利用・開発の留意点 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田畑泰彦、小原有弘、福田隆之、古江-楠田美保、林洋平、清水則夫、西條薫、藤岡剛、三浦巧、佐藤陽治、山本雅哉、田中賢、中澤浩二、土屋勝則、藤本興治、掛川貴弘、木戸秋悟、篠原満利恵、木村圭一、他
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: 情報機構
• [図書] Advances in Microfluidics - New Applications in Biology, Energy, and Materials Sciences (2016)
  • 著者名/発表者名: V. Houbart, M. Fillet, E. Roy, A. Pallandre, B. Zribi, M.C. Horny, F.D. Delapierre, A. Cattoni, J. Gamby, A.M. Haghiri-Gosnet, S. Sugiura, K. Nakazawa, T. Kanamori, K. Ohnuma, 他
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: INTECH
• [備考] 北九州市立大学 中澤研究室
  • URL: http://chempro.env.kitakyu-u.ac.jp/~knakazawa/
• [備考] 北九州市立大学 中澤研究室
  • URL: http://chempro.env.kitakyu-u.ac.jp/~knakazawa/index.html