スフェロイド・デザイニングによる原腸由来臓器作成技術の開発

• 研究課題/領域番号: 20K21597
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分53:器官システム内科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 岡本 隆一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (50451935)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: iPS細胞 / 原腸由来臓器 / スフェロイド / 原腸 / 胚体内胚葉 / 腸 / スフェロイド・デザイニング / 前腸スフェロイド

研究開始時の研究の概要

ヒトiPS細胞より任意デザインの原腸由来臓器を作成するための基盤技術を確立するため、以下３つの課題を計画期間2年で実施する
1) iPS細胞由来前腸スフェロイドの高効率作成法の開発
2) iPS細胞由来前腸スフェロイドの融合・分化能の解析
3)生体内移植による前腸スフェロイド由来臓器の特異的機能獲得の検証
これらで得られた結果に応じ、各臓器の欠損モデルに対する同所移植も試みる事により、特異的機能獲得の有無について検証を行う。

研究成果の概要

iPS細胞由来原腸スフェロイドの高効率作成法の開発及び融合・分化能の解析を通じ、スフェロイド作成法の最適化を行い、一定のサイズ制御を行いながら均一かつ大量のスフェロイドの作成及び分化誘導が可能となった。また同スフェロイドについて、超免疫不全マウスへの生体移植により一定期間で生着し、サイズの増大や原腸由来臓器特異的機能の獲得が促進されることが確認された。以上の結果より、ヒトiPS細胞から胚体内胚葉 (Definitive Endoderm)を経て原腸由来の複臓器への分化誘導を行うために生体内外の環境を利用する手法が各々確立し、その基盤となる知見・手法の最適化が進展した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高い効率で任意のサイズを有する原腸スフェロイドを作成可能であるばかりでなく、同法で作成したスフェロイドが極めて高い融合指向性と体外環境における原腸由来臓器への分化能を兼ね備えていることを利用し、任意の形状・サイズを有する原腸由来前駆体から原腸由来組織を分化誘導する「スフェロイド・デザイニング」を可能とするための基盤となる知見が確立された。

研究成果

• [雑誌論文] Transplantation of intestinal organoids into a mouse model of colitis (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Satoshi、Kobayashi Sakurako、Ogasawara Nobuhiko、Okamoto Ryuichi、Nakamura Tetsuya、Watanabe Mamoru、Jensen Kim B.、Yui Shiro
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 17 号: 3 ページ: 649-671
  • DOI: 10.1038/s41596-021-00658-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nickel particles are present in Crohn's disease tissue and exacerbate intestinal inflammation in IBD susceptible mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Matsuda, Yoichi Nibe-Shirakihara, Akiko Tamura, Emi Aonuma, Satoko Arakawa, Kana Otsubo, Yasuhiro Nemoto, Takashi Nagaishi, Kiichiro Tsuchiya, Shigeomi Shimizu, Averil Ma, Mamoru Watanabe, Motohiro Uo, Ryuichi Okamoto, Shigeru Oshima.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications. 巻: 592 ページ: 74-80
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.12.111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A potent endocytosis inhibitor Ikarugamycin up-regulates TNF production. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ai Minamidate, Michio Onizawa, Chikako Saito, Rie Hikichi, Tomoaki Mochimaru, Mai Murakami, Chiharu Sakuma, Takehito Asakawa, Yuichi Hiraoka, Shigeru Oshima, Takashi Nagaishi, Kiichiro Tsuchiya, Hiromasa Ohira, Ryuichi Okamoto, Mamoru Watanabe.
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports. 巻: 27 ページ: 101065-101065
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Importance of Telomere Shortening in the Pathogenesis of Ulcerative Colitis: A New Treatment From the Aspect of Telomeres in Intestinal Epithelial Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Sho、Hibiya Shuji、Katsukura Nobuhiro、Kitagawa Sayuki、Sato Ayako、Okamoto Ryuichi、Watanabe Mamoru、Tsuchiya Kiichiro
  • 雑誌名: Journal of Crohn's and Colitis 巻: 16 号: 1 ページ: 109-121
  • DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjab115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oral administration of D-serine prevents the onset and progression of colitis in mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takehito Asakawa, Michio Onizawa, Chikako Saito, Rie Hikichi, Daiki Yamada, Ai Minamidate, Tomoaki Mochimaru, Shun-ichiro Asahara, Yoshiaki Kido, Shigeru Oshima, Takashi Nagaishi, Kiichiro Tsuchiya, Hiromasa Ohira, Ryuichi Okamoto, Mamoru Watanabe.
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterolog. 巻: 56 号: 8 ページ: 732-745
  • DOI: 10.1007/s00535-021-01792-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional analysis of isoflavones using patient-derived human colonic organoids (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Mao、Ito Go、Hama Minami、Nagata Sayaka、Kawamoto Ami、Suzuki Kohei、Shimizu Hiromichi、Anzai Sho、Takahashi Junichi、Kuno Reiko、Takeoka Sayaka、Hiraguri Yui、Sugihara Hady Yuki、Mizutani Tomohiro、Yui Shiro、Oshima Shigeru、Tsuchiya Kiichiro、Watanabe Mamoru、Okamoto Ryuichi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 542 ページ: 40-47
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.01.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Notch and TNF-α signaling promote cytoplasmic accumulation of OLFM4 in intestinal epithelium cells and exhibit a cell protective role in the inflamed mucosa of IBD patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuno Reiko、Ito Go、Kawamoto Ami、Hiraguri Yui、Sugihara Hady Yuki、Takeoka Sayaka、Nagata Sayaka、Takahashi Junichi、Tsuchiya Mao、Anzai Sho、Mizutani Tomohiro、Shimizu Hiromichi、Yui Shiro、Oshima Shigeru、Tsuchiya Kiichiro、Watanabe Mamoru、Okamoto Ryuichi
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 25 ページ: 100906-100906
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2020.100906
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 1.東京医科歯科大学における内視鏡を用いた基礎研究の取り組み (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡本隆一
  • 学会等名: 第101回日本消化器内視鏡学会総会
• [学会発表] Organoid-based regenerative and precision medicine for IBD (2021)
  • 著者名/発表者名: Okamoto R
  • 学会等名: KDDW2021
  • 国際学会