間葉系幹細胞のStemnessを維持する代謝系制御培養基板の開発

• 研究課題/領域番号: 20K09994
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分57040:口腔再生医学および歯科医用工学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 平田 伊佐雄 広島大学, 医系科学研究科(歯), 助教 (40346507)
• 研究分担者: 金輪 真佐美 (福永真佐美) 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 助教 (00284208) ; 森田 晃司 広島大学, 病院(歯), 助教 (30555149) ; 加藤 功一 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (50283875)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: タンパク発現 / 間葉系幹細胞 / 幹細胞性 / 代謝 / 培養基板

研究開始時の研究の概要

間葉系幹細胞(MSC)を用いた骨組織再生医療において、培養細胞の品質維持の重要性は急速に高まっている。特に幹細胞の大量培養において自己複製能と多分化能、すなわち幹細胞性(Stemness)を維持することは極めて重要となる。MSCは標準的な培養方法で簡易に取り扱える細胞であるが、継代毎に増殖能及び分化能が劣化しやすく、大量培養時のStemness維持が困難な欠点も有する。近年、幹細胞のStemnessにおける代謝系調整・制御の重要性が多く報告されている。そこで本研究は、MSCのStemnessを維持しつつ短期間での大量培養に最適化された代謝系制御培養基板の開発を目指す。

研究成果の概要

本研究は、代謝系制御機能を有するbFGFやCripto-1等のサイトカインを培養基板表面に固定化することを目指す。
本研究において、基板に固定するタンパクが大量に必要となる。キメラタンパクの回収量を増大される発現・精製条件が確定することができた。また、タンパク構造予測を行うAlphaFold2を
導入することで、CDスペクトル測定を元にした発現タンパクの二次構造の予想確度が向上し、また、タンパクの発現を行う前に、設計したキメラタンパクとレセプターとの結合可能性を事前に予測することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

代謝系制御機能を有するキメラタンパクの発現・回収量を十分に行える合成条件を確定できた。これらのキメラタンパク質は、基板上に容易に固定することが可能であり、発現量も十分であることから本研究だけでなくバイオマテリアル表面へのサイトカイン固定化など、大量のサイトカインが必要な研究に役立つことが期待できる。また、タンパク質構造予測にAlphaFold2を用いることで測定結果と比較することで発現タンパクの二次構造の確度が上がった。また、発現タンパクとレセプターとの結合構造の予測を行うことで、発現前にキメラタンパクのレセプター結合の検討も可能となった。