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非アルコール性脂肪性肝疾患を再現する小腸ー肝臓・オン・チップ

研究課題

研究課題/領域番号 21H01728
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分27040:バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連
研究機関京都大学

研究代表者

亀井 謙一郎  京都大学, 高等研究院, 研究員 (00588262)

研究分担者 平井 義和  京都大学, 工学研究科, 講師 (40452271)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワード非アルコール性脂肪肝疾患 / 組織チップ / 腸肝連関 / ヒト多能性幹細胞 / マイクロ流体デバイス / オルガノイド / センサ / 非アルコール性脂肪肝炎 / 病態モデル / 多組織チップ / 肝臓 / 小腸 / 分化誘導 / 非アルコール性脂肪性肝疾患
研究開始時の研究の概要

非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)は、重篤化すると肝硬変などの直結する病態であるが、有用な治療薬は未だにない。これは、腸や肝臓など複数の臓器が関連した疾患であり原因解明が困難なためである。よって、生体外NAFLDモデルの開発が必要である。
応募者は、NAFLD発症・重篤化に関連する肝臓・腸連関に着目した。本研究では、ヒト多能性幹細胞から作製した肝臓・小腸オルガノイドを搭載した多組織チップを開発し、NAFLDを再現する。NAFLD発症・重篤化過程の変化を経時的に解析するために、各臓器をリアルタイム測定する組織機能測定センサを搭載し、発症から最終的に重篤化に至る機構の解明を目指す。

研究成果の概要

非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)は、進行すると肝硬変などの重篤な状態に至り、最終的には肝移植が必要となる。現在、効果的な治療薬は存在せず、腸や肝臓の相互作用が複雑に作用しているため、メカニズムは未解明である。我々の研究チームは、肝臓と腸の相互作用に焦点を当て、ヒト多能性幹細胞から作製したオルガノイドを用いて多組織チップを開発し、NAFLDを再現した。このチップには各臓器の機能をリアルタイムで測定できるセンサーを搭載し、遺伝子解析や代謝物測定を通じてNAFLDの発症から重篤化までのプロセスを解明した。これにより、NAFLDの理解が深まり、将来的な予防や治療法の開発への貢献を目指している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

非アルコール性脂肝疾患(NAFLD)は進行すると肝硬変などの深刻な状態に至り、肝移植が必要となりますが、効果的な治療薬はまだありません。NAFLDは腸や肝臓など複数の臓器の相互作用に関連しているため、そのメカニズムは解明されていません。我々の研究チームは、ヒト多能性幹細胞から作製した肝臓と小腸のオルガノイドを用いた多組織チップを開発し、NAFLDを再現しました。各臓器の機能をリアルタイムで測定できるセンサーを備え、遺伝子解析や代謝物測定を通じてNAFLDの発症から重篤化までのプロセスを解明しました。これにより、NAFLDの理解が深まり、予防や治療法の開発に貢献することを目指しています。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] New York University Abu Dhabi(アラブ首長国連邦)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Cyclic Stretching Enhances Angiocrine Signals at Liver Bud Stage from Human Pluripotent Stem Cells in Two-Dimensional Culture2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshimoto Koki、Maki Koichiro、Adachi Taiji、Kamei Ken-ichiro
    • 雑誌名

      Tissue Engineering Part A

      巻: Ahead of print 号: 9-10 ページ: 426-439

    • DOI

      10.1089/ten.tea.2023.0148

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ナノマイクロ加工を応用したボディ・オン・チップの開発2023

    • 著者名/発表者名
      HIRAI Yoshikazu
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 89 号: 9 ページ: 690-694

    • DOI

      10.2493/jjspe.89.690

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 年月日
      2023-09-05
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrated-gut-liver-on-a-chip platform as an in vitro human model of non-alcoholic fatty liver disease2023

    • 著者名/発表者名
      Yang Jiandong、Hirai Yoshikazu、Iida Kei、Ito Shinji、Trumm Marika、Terada Shiho、Sakai Risako、Tsuchiya Toshiyuki、Tabata Osamu、Kamei Ken-ichiro
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 6 号: 1 ページ: 310-310

    • DOI

      10.1038/s42003-023-04710-8

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 3次元リソグラフィ技術による生体模倣システムの構築2023

    • 著者名/発表者名
      平井義和, 田畑修
    • 雑誌名

      クリーンテクノロジー

      巻: 33 ページ: 22-27

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gut-liver-axis microphysiological system for studying cellular fluidic shear stress and inter-tissue interaction2022

    • 著者名/発表者名
      Yang Jiandong、Imamura Satoshi、Hirai Yoshikazu、Tsuchiya Toshiyuki、Tabata Osamu、Kamei Ken-ichiro
    • 雑誌名

      Biomicrofluidics

      巻: 16 号: 4 ページ: 044113-044113

    • DOI

      10.1063/5.0088232

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microfabrication of polydimethylsiloxane?parylene hybrid microelectrode array integrated into a multi-organ-on-a-chip2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Dongxiao、Yang Jiandong、Hirai Yoshikazu、Kamei Ken-ichiro、Tabata Osamu、Tsuchiya Toshiyuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 1 ページ: 017002-017002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aca265

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An efficient simplified method for the generation of corneal epithelial cells from human pluripotent stem cells2022

    • 著者名/発表者名
      Rodi Abdalkader and Kenichiro Kamei
    • 雑誌名

      Human Cell

      巻: 35 号: 4 ページ: 1016-1029

    • DOI

      10.1007/s13577-022-00713-5

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In vitro culture at 39?°C during hepatic maturation of human ES cells facilitates hepatocyte-like cell functions2022

    • 著者名/発表者名
      Imamura Satoshi、Yoshimoto Koki、Terada Shiho、Takamuro Kaho、Kamei Ken-ichiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 5155-5160

    • DOI

      10.1038/s41598-022-09119-7

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Reverse Bioengineering to recreate multicellular animals in vitro2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichiro Kamei
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Biomedical Engineering, International Workshop on Nanodevice Technologies 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リバース・バイオエンジニアリングによる生物の理解とその展望2023

    • 著者名/発表者名
      亀井 謙一郎
    • 学会等名
      日本機械学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gut-Liver-Axis on a Chip for studying disease progression in vitro2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichiro Kamei
    • 学会等名
      MARSS 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Simulation Model to Characterize Volumetric Flow Rate Generated by Polydimethylsiloxane Peristaltic Micropump for Body-on-a-Chip2023

    • 著者名/発表者名
      Jiandong Yang, Yoshikazu Hirai, Ken-ichiro Kamei, Osamu Tabata, Toshiyuki Tsuchiya
    • 学会等名
      The 18th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrode Design Using Multi-Material Topology Optimization for Accurate Measurement of Trans-Epithelial Electrical Resistance in Organ-on-a-Chip2023

    • 著者名/発表者名
      Haruki Goda, Naoyuki Ishida, Kozo Furuta, Kazuhiko Izui, Fred van Keulen, Ken-ichiro Kamei, Toshiyuki Tsuchiya, Osamu Tabata, Yoshikazu Hirai
    • 学会等名
      The 49th International Conference on Micro- and Nano Engineering (MNE 2023), Berlin, Germany
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accuracy Estimation of All-Optical Thermometry Between 283-373 K Using the NV--Center Zero-Phonon Line Spectrum of Diamond Microparticles2023

    • 著者名/発表者名
      Taiichi Shikama, Takato Watanabe, Masaya Zetsu, Yoshikazu Hirai, Mazin Jouda, Masahiro Hasuo
    • 学会等名
      The 2023 MRS Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NV-中心ゼロフォノン線ピーク波長によるナノダイヤモンド粒子選別マイクロ流体デバイスの開発2023

    • 著者名/発表者名
      舌雅也, 渡辺嵩都, 出原貴央, 四竈泰一, 平井義和, 蓮尾昌裕
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会, 応用物理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ナノマイクロ加工技術を応用したボディ・オン・チップの創製2023

    • 著者名/発表者名
      平井義和
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第99期定時総会・講演会, 日本機械学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 培養液循環装置2021

    • 発明者名
      亀井 謙一郎、今村 聡、吉川 あけみ
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-171186
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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