ヒトiPS細胞からの中脳オルガノイド作製手法の確立

• 研究課題/領域番号: 19K21306
• 補助金の研究課題番号: 18H06202 (2018)
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金 (2019); 補助金 (2018)
• 審査区分: 0902:内科学一般およびその関連分野
• 研究機関: 奈良県立医科大学
• 研究代表者: 七浦 仁紀 奈良県立医科大学, 医学部附属病院, 研究員 (00827909)
• 研究期間 (年度): 2018-08-24 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 脳オルガノイド / 神経細胞 / ドパミン / 中脳 / パーキンソン病

研究開始時の研究の概要

ヒト中脳の黒質にはドパミン作動性神経細胞が数多く存在し、ドパミン作動性神経細胞の喪失によってパーキンソン病が生じることは広く知られているが、そのメカニズムは未解明な点が多い。ヒト中脳と類似した構造を持つ臓器様組織（ヒト中脳オルガノイド）を試験管内で作製することができれば、これを用いてパーキンソン病の病因解明や治療法開発を、試験管内で解明することが可能となる。またヒト中脳オルガノイド内部に存在するドパミン作動性神経細胞を用いて、パーキンソン病患者に対する細胞補充療法を行うことも可能となる。本研究は、ドパミン作動性神経細胞を有するヒト中脳オルガノイドを短期間で作製する手法の確立を目的とする。

研究成果の概要

ヒト多能性幹細胞から、ヒト脳と類似した構造を持つ臓器様組織（脳オルガノイド）の樹立法が報告され、パーキンソン病を含めた中枢神経疾患の研究に有用と考えられている。本研究は、中脳を模した脳オルガノイドを短期間で作製することを目的とした。免疫染色や定量的PCRなどの手法により、ドパミン作動性神経細胞のマーカーの発現を確認し、中脳成分を含んだ脳オルガノイドの作製法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでのヒト脳オルガノイド樹立プロトコルは、大脳皮質構造の再現を目的とするものが多く、中脳など脳幹部の構造を再現可能な手法は限られていた。本研究により、中脳を含めた脳幹部を模倣した脳オルガノイドを短期間で作製する手法を確立した。今後本手法は、パーキンソン病を含めた中枢神経疾患の病因解明や、治療薬剤のスクリーニングなどに有用なモデルとなると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] University of California(米国)
• [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
• [雑誌論文] ATR inhibition enhances 5-fluorouracil sensitivity independent of non-homologous end-joining and homologous recombination repair pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito SS, Nakagawa Y, Matsubayashi M, Sakaguchi YM, Kobashigawa S, Matsui TK, Nanaura H, Nakanishi M, Kitayoshi F, Kikuchi S, Kajihara A, Tamaki S, Sugie K, Kashino G, Takahashi A, Hasegawa M, Mori E
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.04.20.051318
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Toxic PR poly-dipeptides encoded by the C9orf72 repeat expansion target Kapβ2 and dysregulate phase separation of low-complexity domains. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanaura H, Kawamukai H, Fujiwara A, Uehara T, Nakanishi M, Shiota T, Hibino M, Aiba Y, Wiriyasermkul P, Kikuchi S, Nagata R, Matsubayashi M, Nagamori S, Shoji O, Ishimori K, Matsumura H, Sugie K, Saio T*, Yoshizawa T*, Mori E
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/812099
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Human URAT1/SLC22A12 gene promoter is regulated by 27-hydroxycholesterol through estrogen response elements (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi M, Sakaguchi YM, Sahara Y, Nanaura H, Kikuchi S, Ashari A, Bui L, Kobashigawa S, Nakanishi M, Nagata R, Matsui TK, Kashino G, Hasegawa M, Takasawa S, Eriguchi M, Tsuruya K, Nagamori S, Sugie K, Nakagawa T, Takasato M, Umetani M, Mori E
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/827709
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proteolytic Cleavage by Matriptase Exacerbating Kidney Injury: a Novel Therapeutic Target. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ozawa S, Matsubayashi M, Nanaura H, Yanagita M, Mori K, Asanuma K, Kajiwara N, Hayashi K, Ohashi H, Kasahara M, Yokoi H, Kataoka H, Mori E, Nakagawa T
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/843607
  • オープンアクセス
• [学会発表] Rapid induction of midbrain-like organoids from human pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 七浦仁紀、松井健、塩田智、江浦信之、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Human cerebral organoids recapitulate brain formation and genetic developmental disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井健、江浦信之、七浦仁紀、塩田智、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] A human cerebral organoid model for ZEB2-deficient Mowat-Wilson syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: 江浦信之、松井健、七浦仁紀、塩田智、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Recapitulation of brain ischemia with human cerebral organoids (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩田智、松井健、江浦信之、七浦仁紀、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Induction of electrophysiologically-active brain organoids showing human midbrain-specific structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Ken Matsui, Nobuyuki Eura, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Yasuhiko Saitoh, Kazuma Sugie, Eiichiro Mori
  • 学会等名: Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress (FAOPS2019)
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] ASUKA Symposium 2019 A New Phase of Regenerative Medicine (2019)