大気圧プラズマを用いた生体内未分化細胞誘導と再生技術創生

• 研究課題/領域番号: 17K18774
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: プラズマ学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 片岡 洋祐 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40291033)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 大気圧プラズマ / 広域電子顕微鏡 / 大脳皮質 / 未分化細胞 / 梗塞 / 虚血 / 再生 / 中枢神経 / 幹細胞 / 増殖 / 骨髄 / プラズマ / 再生医療

研究成果の概要

本研究では、成獣哺乳類大脳皮質への大気圧プラズマの直接照射によって未分化細胞を誘導することで、中枢神経組織に組織再生をもたらしうるのかについて評価した。特に未分化細胞の起源を明らかにし、さらに、数ミリメーターを越える広い範囲を電子顕微鏡で組織観察できる広域電子顕微鏡技術等を用いて、ラット大脳皮質への大気圧プラズマ照射後、未分化細胞が誘導される様子を詳細に観察した。また、中大脳動脈領域を対象とした脳梗塞モデルラットにおいて、プラズマ照射によって大脳皮質梗塞領域に幼弱細胞マーカーを発現する細胞が多数誘導できることもわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大気圧プラズマを利用した生体内（in vivo）組織再生技術は、現在おこなわれているES細胞やiPS細胞を移植する再生技術とは全く異なり、生体が自然に持つ再生能力を最大限に引き出すものであり、中枢神経系のように複雑な神経回路の再生など、これまで困難であった複雑な組織構築を再現する再生医療を実現できる可能性がある。また、iPS細胞のような遺伝子導入を必要としないため癌化のリスクも小さいと思われ、社会的意義も大きい。

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts General Hospital(米国)
• [雑誌論文] Bone Marrow Mononuclear Cells Activate Angiogenesis via Gap Junction?Mediated Cell-Cell Interaction (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi-Taura Akie、Okinaka Yuka、Takeuchi Yukiko、Ogawa Yuko、Maeda Mitsuyo、Kataoka Yosky、Yasui Teruhito、Kimura Takafumi、Gul Sheraz、Claussen Carsten、Boltze Johannes、Taguchi Akihiko
  • 雑誌名: Stroke 巻: 51 号: 4 ページ: 1279-1289
  • DOI: 10.1161/strokeaha.119.028072
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 疲労および慢性疲労症候群のメタボロミクス研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山野恵美、片岡洋祐
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 270 ページ: 466-470
• [雑誌論文] 腎臓への近赤外低反応レベルレーザー照射による抗炎症効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐、大和正典
  • 雑誌名: 日本レーザー治療学会誌 巻: 18 ページ: 69-73
• [雑誌論文] 脳内神経炎症から神経を保護するグリア細胞 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村泰久、片岡洋祐
  • 雑誌名: 日本認知症学会誌 巻: 34 ページ: 8-12
• [雑誌論文] Systematic diagnostics of the electrical, optical, and physicochemical characteristics of low-temperature atmospheric-pressure helium plasma sources (2019)
  • 著者名/発表者名: Keigo Takeda, Hiromasa Yamada, Kenji Ishikawa, Hajime Sakakita, Jaeho Kim, Masashi Ueda, Jun-ichiro Ikeda, Yoshihiro Akimoto, Yosky Kataoka, Naoaki Yokoyama, Yuzuru Ikehara, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Journal of Physics D:Applied Physics 巻: 52 号: 16 ページ: 165202-165202
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaff44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of autonomic nervous function evaluation to job stress screening. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okawa, N., Kuratsune, D., Koizumi, J., Mizuno, K., Kataoka, Y., Kuratsune, H.
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 5 号: 2 ページ: e01194-e01194
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e01194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphological characteristics of p75 neurotrophin receptor-positive cells define a new type of glial cell in the rat dorsal root ganglia (2019)
  • 著者名/発表者名: Koike Taro、Tanaka Susumu、Hirahara Yukie、Oe Souichi、Kurokawa Kiyoshi、Maeda Mitsuyo、Suga Mitsuo、Kataoka Yosky、Yamada Hisao
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 印刷中 号: 12 ページ: 2047-2060
  • DOI: 10.1002/cne.24667
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A versatile platform technology for recombinant vaccines using non-propagative human parainfluenza virus type 2 vector (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuka J, Fukumura M, Furuyama W, Wang S, Hara K, Maeda M, Tsurudome M, Miyamoto H, Kaito A, Tsuda N, Kataoka Y, Mizoguchi A, Takada A, Nosaka T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49579-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Autophagy in the Central Nervous System and Effects of Chloroquine in Mucopolysaccharidosis Type II Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Maeda Mitsuyo、Seto Toshiyuki、Kadono Chiho、Morimoto Hideto、Kida Sachiho、Suga Mitsuo、Nakamura Motohiro、Kataoka Yosky、Hamazaki Takashi、Shintaku Haruo
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 20 号: 23 ページ: 5829-5829
  • DOI: 10.3390/ijms20235829
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 神経炎症制御にかかわるNG2グリア (2018)
  • 著者名/発表者名: 田村泰久、片岡洋祐
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 389-393
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of age-dependent change of tissue microstructure in mouse cerebral cortex using large-scale electron microscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Maeda, M., Suga, M., Eguchi, A., Kume, S., Ueda, C., Kataoka, Y.
  • 学会等名: RIKEN Aging Project Symposium 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-modal imaging study of age-dependent change in dynamics and function of progenitor cells expressing NG2. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, Y., Eguchi, A., Takata, K., Maeda, M., Tamura, Y.
  • 学会等名: RIKEN Aging Project Symposium 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 疲労倦怠感と脳内神経炎症 (2020)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第52回京阪泌尿器腫瘍セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 脳内幹細胞・前駆細胞のイメージングおよび操作技術が解き明かす脳組織の新しい機能維持機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 日本薬学会第１４０年会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics and roles of NG2-expressing progenitor cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, Y., Tamura, Y., Yamato, M., Kume, S., Takata, K., Eguchi, A., Maeda, M.
  • 学会等名: A3 Foresight Program Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive analysis of ultra microstructural microscopy images using machine learning. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kume, S., Kataoka, Y.
  • 学会等名: A3 Foresight Program Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 最先端生命科学の今と未病予防 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第11回国際健康健美長寿フォーラム博覧会・第2回世界大健康運動会学術フォーラム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metabolic features of Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamano, E., Sugimoto, M., Kume, S., Watanabe, Y., Soga, T., Bateman, L., Vernon, SD., Kataoka, Y.
  • 学会等名: The 15th Annual International Conference of the Metabolomics Society
  • 国際学会
• [学会発表] 広域電子顕微鏡技術による生体組織のビッグデータ解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久米慧嗣、村川泰裕、陳桂花、田村勝、小林紀郎、桝屋啓志、須賀三雄、前田光代、片岡洋祐
  • 学会等名: 第108回 日本病理学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 疲労科学研究プラットフォームとその応用展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第15回 日本疲労学会
  • 招待講演
• [学会発表] 光治療の多様性と未来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第31回 日本レーザー治療学会・第22回日本レーザー・スポーツ医科学学会
  • 招待講演
• [学会発表] 光とプラズマを用いた未来再生医療 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐、大和正典、前田光代
  • 学会等名: 第31回 日本レーザー治療学会・第22回日本レーザー・スポーツ医科学学会
  • 招待講演
• [学会発表] グリア前駆細胞による免疫制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 先端医療研究センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-modal imaging of glial progenitor cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, Y., Tamura, Y., Kume, S., Maeda, M., Eguchi, A., Suga M.
  • 学会等名: Neuro2019
  • 招待講演
• [学会発表] 広域超微細構造イメージング法とAI技術を用いた網羅的生体組織形態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久米慧嗣、片岡洋祐
  • 学会等名: 第51回日本臨床分子形態学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 睡眠の質測定と睡眠改善方法の提案が健康増進と労働生産性の向上に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永森友樹、物井則幸、後藤博、中村好孝、菅原経継、平尾香織、沢田あゆみ、内山章、青野恵、古賀良彦、水野敬、片岡洋祐
  • 学会等名: 第15回 日本疲労学会
• [学会発表] Analysis of age-dependent change of tissue microstructure in mouse cerebral cortex using large-scale electron microscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Maeda, M., Suga, M., Nakamura, M., Suzuki, K., Hasebe, Y., Kikuchi, N., Yamagichi, Y., Eguchi, A., Kume, S., Matsuzaki, R., Ueda, C., Kataoka, Y.
  • 学会等名: Neuro 2019
• [学会発表] Large-scale electron microscopic analysis of change of tissue microstructure in adult rat cerebral cortex after irradiation of atmospheric-pressure plasma. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamato, M., Tamura, Y., Maeda, M., Eguchi, A., Kume, S., Kataoka Y.
  • 学会等名: Neuro 2019
• [学会発表] 広域電子顕微鏡技術と画像ビューアーの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐、久米慧嗣、前田光代、江口麻美、須賀三雄
  • 学会等名: 第60回日本組織細胞化学会総会学術集会・第13回日中合同組織細胞化学セミナー合同大会
• [学会発表] In vivo imaging of cancer microenvironment using fiber-bundle based micro-endoscope. (2019)
  • 著者名/発表者名: Danno, S., Nakano, M., Goto, T., Wrabel, A., Sakaue-Sawano, A., Ando, R., Miyawaki, A., Funabiki, K., Kataoka, Y.
  • 学会等名: 第60回日本組織細胞化学会総会学術集会・第13回日中合同組織細胞化学セミナー合同大会
• [学会発表] Comprehensive Morphology Analysis Using The Wide-range Electron Microscopy Imaging and Machine Learning (2019)
  • 著者名/発表者名: 久米慧嗣、片岡洋祐
  • 学会等名: 理化学研究所-広島大学 合同シンポジウム
• [学会発表] Multi-modal imaging of stem/progenitor cells or cancer cells with PET, optical imaging, and micro-endoscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 理化学研究所-広島大学 合同シンポジウム
• [学会発表] 小麦末粉水抽出物が脳機能へ及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村深雪、魚津伸夫、由井慶、高田孔美、田村泰久、片岡洋祐
  • 学会等名: 第41回日本臨床栄養学会大会
• [学会発表] 光治療の多様性と未来 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第31回日本レーザー治療学会
  • 招待講演
• [学会発表] 光とプラズマを用いた未来再生医療 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第31回日本レーザー治療学会
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-modal imaging technologies including large-scale electron microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, Y.
  • 学会等名: Annual Symposium of Tumor Heterogeneity and Network Research Center
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Large-scale electron microscopy and imaging big data analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, Y., Kume, S., Yamato, M., Tamura, Y., Eguchi, A., Takata, K., Danno, S., Maeda, M., Hasebe, Y., Yamaguchi, Y., Kikuchi, N., Suga, M.
  • 学会等名: A3 Foresight Program Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低反応レベル光の生体への作用機序 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐、大和正典
  • 学会等名: 第３０回日本レーザー治療学会
  • 招待講演
• [学会発表] 炎症から神経を保護するグリア細胞と認知症の治療戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第３7回日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 低反応レベル光の生体への作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: 第３０回記念日本レーザー歯学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 広域電子顕微鏡による画像ビッグデータがもたらす世界 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡洋祐
  • 学会等名: シンポジウム「画像ビッグデータが切り拓く健康・医学の新時代」
  • 招待講演
• [学会発表] Production of neurospheres from adult rat cerebral cortex with atmospheric-pressure plasma irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: 大和正典、田村泰久、中野正行、久米慧嗣、江口麻美、高田孔美、片岡洋祐
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Selective ablation of NG2 progenitor cells induced neuroinflammation in adult rat brain (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村泰久、高田孔美、中野正行、江口麻美、片岡洋祐
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [図書] ストレス・疲労のセンシングとその評価技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久米慧嗣、小林宣夫、片岡洋祐
  • 総ページ数: 598
  • 出版者: 株式会社技術情報協会
  • ISBN: 9784861047787
• [図書] Plasma Medical Science (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyokuni, S., et al.
  • 総ページ数: 458
  • 出版者: Academic Press
  • ISBN: 9780128150047
• [備考] RIKEN Microstructural Imaging Metadatabase
  • URL: http://clst.multimodal.riken.jp/RIKENImageDB/
• [備考] 細胞機能評価研究チーム
  • URL: https://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/kataoka-y/index.html
• [備考] 細胞機能評価研究チーム
  • URL: http://www.riken.jp/research/labs/bdr/cell_funct_img/