ミクログリア含有ヒト脳オルガノイドを用いたヒト脳発生過程の解明

• 研究課題/領域番号: 19K16925
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分51030:病態神経科学関連
• 研究機関: 島根大学 (2020); 奈良県立医科大学 (2019)
• 研究代表者: 松井 健 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 特任講師 (90528605)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ヒト脳オルガノイド / 神経発生 / 幹細胞 / 発生 / 神経 / ミクログリア / 再生医療

研究開始時の研究の概要

成体ヒトにおける中枢神経系の再生能は非常に低く、疾患や外傷で失われた神経機能の回復は殆ど実現できていない。だが、近年これらの神経疾患・損傷が脳内にある神経幹細胞の活性化により治療可能であることが示され、神経幹細胞が中枢神経系再生の鍵となることが示された。また、申請者の研究により脳内のミクログリアが神経幹細胞の増殖を促す因子を放出することが解明された。今後、申請者はミクログリアがヒト脳内で神経幹細胞を制御するメカニズムの解明を目的に研究を行う。

研究成果の概要

申請者はミクログリアがヒト脳内で神経幹細胞を制御するメカニズムの解明を目的に研究を行い、ヒトES/iPS細胞からミクログリアを有するミクログリア含有ヒト脳オルガノイドを得る手法の確立に成功した。その後、申請者はミクログリア含有ヒト脳オルガノイドを用いて、ヒト脳におけるミクログリアと神経系の相互作用の解明を目的に実験を行った。さらに、ミクログリア含有ヒト脳オルガノイドを用いて低酸素実験を行い、脳虚血時のヒト脳における遺伝子発現の変化をIn vitroで再現する実験系を立ち上げたほか、この実験で得られたデータを論文として投稿した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

申請者は、本研究においてミクログリアがヒト脳内で神経幹細胞を制御するメカニズムの解明を目的に研究を行い、ヒトES/iPS細胞からミクログリアおよび神経幹細胞を有するヒト脳オルガノイドを得る手法を確立した。この研究成果により、試験管内でミクログリアとヒト神経幹細胞の相互作用を分析することが可能になった。
近年、これまで治療困難出会ったヒト脳の神経疾患・損傷が、脳内にある神経幹細胞の活性化により治療可能であることを示唆する研究成果が、相次いで発表されており、本研究成果も、神経幹細胞の制御によってヒト脳の再生を促す再生医療の開発に寄与することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Challenges in Modeling Human Neural Circuit Formation via Brain Organoid Technology (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsui TK, Tsuru Y, Kuwako KI
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14 ページ: 607399-607399
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.607399
  • NAID: 120007002189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Brainstem organoids from human pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Eura, Takeshi K. Matsui, Joachim Luginbuhl, Masaya Matsubayashi, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Kaoru Kinugawa, Naohiko Iguchi, Takao Kiriyama, Canbin Zheng, Tsukasa Kouno, Yan Jun Lan, Pornparn Kongpracha, Pattama Wiriyasermkul, Yoshihiko M. Sakaguchi, Riko Nagata, Tomoya Komeda, Naritaka Morikawa, et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: - ページ: 00538-00538
  • DOI: 10.3389/fnins.2020.00538
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Rapid induction of midbrain-like organoids from human pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoki Nanaura, Takeshi K. Matsui, Tomo Shiota, Nobuyuki Eura, Eiichiro Mori, Kazuma Sugie
  • 学会等名: 日本神経学会総会
• [学会発表] Recapitulation of brain ischemia with human cerebral organoids (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomo Shiota, Takeshi K. Matsui, Nobuyuki Eura, Hitoki Nanaura, Eiichiro Mori, Kazuma Sugie,
  • 学会等名: 日本神経学会総会
• [学会発表] Human cerebral organoids recapitulate brain formation and genetic developmental disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi K. Matsui, Nobuyuki Eura, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Eiichiro Mori, Kazuma Sugie
  • 学会等名: 日本神経学会総会
• [備考] ACHIEVEMENTS Latest results (preprints)
  • URL: https://www.mirai-nmu.com/pages/934528/page_201704052138