遺伝子改変ヒトiPS細胞を利用した新規肝疾患モデルの開発と線維化メカニズムの解析

• 研究課題/領域番号: 21H02710
• 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49030:実験病理学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木戸 丈友 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任講師 (00401034)
• 研究分担者: 田中 稔 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 細胞療法開発研究室長 (80321909)
• 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: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 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: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2021年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 肝臓 / 線維化 / 肝星細胞 / iPS細胞 / 肝疾患 / ヒトiPS細胞 / 肝硬変

研究開始時の研究の概要

線維化や肝硬変に対する新たな治療法の開発は、肝疾患を制御する上で最重要課題であるが、未だ有効な治療薬は開発されていない。その理由に、肝細胞障害から肝線維化・肝硬変に至る過程を、培養系で再現できる肝疾患モデルがないことが挙げられる。我々はヒトiPS 細胞から様々な肝構成細胞を分化誘導する技術や線維化の主体である肝星細胞の活性化過程を定量的に評価する技術の開発に成功している。本研究ではiPS 細胞由来の肝構成細胞を用いた肝オルガノイド形成法を開発し、肝疾患モデルへ応用するとともに、肝星細胞活性化の制御機構を明らかにする。

研究成果の概要

iPS細胞から調製した静止期肝星細胞とヒト肝がん由来細胞株(HuH-7)を用いて三次元共培養系を作製し、肝障害誘導後に肝星細胞の活性化が誘導される可能性を示した。また、ヒトiPS細胞から一連の培養系で静止期肝星細胞が活性化し、細胞老化する過程を再現することに成功した。活性化肝星細胞を不活化し正常な静止期肝星細胞へと誘導する薬剤のスクリーニング系を開発し、肝線維症治療薬候補化合物群を同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

静止期肝星細胞をヒト生体から大量に調製することは不可能である。本研究では、ヒトiPS細胞技術を基盤として、一連の培養系で、静止期肝星細胞が活性化し、細胞老化する過程を再現することに成功した。肝星細胞は肝臓における線維化のドライバーであることから、これらの細胞を解析することで肝線維化の病態メカニズムの解明に貢献することが期待される。さらに、肝線維化に対する治療薬の開発にも応用可能であることから、本研究成果の社会的意義は大きい。本研究で同定した活性化肝星細胞を不活化し正常な静止期肝星細胞へと誘導する肝線維症治療薬候補化合物群の開発は、多くの肝疾患克服に貢献することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamic, IPSC-derived hepatic tissue tri-culture system for the evaluation of liver physiology in vitro (2024)
  • 著者名/発表者名: Scheidecker Benedikt、Poulain Stephane、Sugimoto Masahiro、Kido Taketomo、Kawanishi Takumi、Miyajima Atsushi、Kim Soo Hyeon、Arakawa Hiroshi、Kato Yukio、Nishikawa Masaki、Danoy Mathieu、Sakai Yasuyuki、Leclerc Eric
  • 雑誌名: Biofabrication 巻: 16 号: 2 ページ: 025037-025037
  • DOI: 10.1088/1758-5090/ad30c5
  • 査読あり
• [雑誌論文] A highly efficient cell culture method using oxygen‐permeable PDMS‐based honeycomb microwells produces functional liver organoids from human induced pluripotent stem cell‐derived carboxypeptidase M liver progenitor cells (2024)
  • 著者名/発表者名: Utami Tia、Danoy Mathieu、Khadim Rubina Rahaman、Tokito Fumiya、Arakawa Hiroshi、Kato Yukio、Kido Taketomo、Miyajima Atsushi、Nishikawa Masaki、Sakai Yasuyuki
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 121 号: 4 ページ: 1178-1190
  • DOI: 10.1002/bit.28640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a high throughput system to screen compounds that revert the activated hepatic stellate cells to a quiescent-like state (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakano Yasuhiro、Itoh Tohru、Tanaka Minoru、Miyajima Atsushi、Kido Taketomo
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2023.11.01.564270
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Fibroblast growth factor 18 stimulates the proliferation of hepatic stellate cells, thereby inducing liver fibrosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y, Seki T, Kobayashi K, Komazawa-Sakon S, Shichino S, Nishina T, Fukuhara K, Ikejima K, Nagai H, Igarashi Y, Ueha S, Oikawa A, Tsurusaki S, Yamazaki S, Nishiyama C, Mikami T, Yagita H, Okumura K, Kido T, Miyajima A, Matsushima K, Imasaka M, Araki K, Imamura T, Ohmuraya M, Tanaka M, Nakano H
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 6304-6304
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42058-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of distribution, collection, and confirmation of capacity dependency of small extracellular vesicles toward a therapy for liver cirrhosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeda Nobutaka、Tsuchiya Atsunori、Mito Masaki、Natsui Kazuki、Natusi Yui、Koseki Yohei、Tomiyoshi Kei、Yamazaki Fusako、Yoshida Yuki、Abe Hiroyuki、Sano Masayuki、Kido Taketomo、Yoshioka Yusuke、Kikuta Junichi、Itoh Tohru、Nishimura Ken、Ishii Masaru、Ochiya Takahiro、Miyajima Atsushi、Terai Shuji
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 43 号: 1 ページ: 48-48
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00299-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimization of physical microenvironment to maintain the quiescence of human induced pluripotent stem cell‐derived hepatic stellate cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Gong Ya、Danoy Mathieu、Kido Taketomo、Mitsuhashi Kento、Choi Hyunjin、Matsugi Tomoaki、Yang Jingjing、Esashika Katsuhiro、Takahashi Jun、Nishikawa Masaki、Ito Taichi、Miyajima Atsushi、Sakai Yasuyuki
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 120 号: 8 ページ: 2345-2356
  • DOI: 10.1002/bit.28485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using human induced pluripotent stem cell-derived liver cells to investigate the mechanisms of liver fibrosis in vitro (2023)
  • 著者名/発表者名: Koui Yuta、Kido Taketomo
  • 雑誌名: Biochemical Society Transactions 巻: 51 号: 3 ページ: 1271-1277
  • DOI: 10.1042/bst20221421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptomic and proteomic studies suggest the establishment of advanced zonation‐like profiles in humaninduced pluripotent stem cell‐derived liver sinusoidal endothelial cells and carboxypeptidase M‐positive liver progenitor cells cocultured in a fluidic microenvironment (2023)
  • 著者名/発表者名: Danoy M, Poulain S, Scheidecker B, Kim SH, Kido T, Miyajima A, Sakai Y, Leclerc E
  • 雑誌名: Hepatology research 巻: 1 号: 7 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1111/hepr.13893
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a novel co-culture system using human pancreatic cancer cells and human iPSC-derived stellate cells to mimic the characteristics of pancreatic ductal adenocarcinoma in?vitro (2023)
  • 著者名/発表者名: Kometani Tatsuya、Kamo Koki、Kido Taketomo、Hiraoka Nobuyoshi、Chibazakura Taku、Unno Kenji、Sekine Keisuke
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 658 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.03.061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-culture Model for Hepatitis B Virus Infection Using iPSC-Derived Liver Progenitor Cells and Liver Sinusoidal Endothelial Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Misao HIMENO, Shin-Wei Chen, Taketomo Kido
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2544 ページ: 107-117
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2557-6_7
  • ISBN: 9781071625569, 9781071625576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of CPM-dependent sorting on the multi-omics profile of hepatocyte-like cells matured in microscale biochips (2022)
  • 著者名/発表者名: Mathieu Danoy、Stephane Poulain、Benedikt Scheidecker、Rachid Jellali、Yannick Tauran、Marjorie Leduc、Johanna Bruce、Francoise Gilard、Bertrand Gakiere、Hiroshi Arakawa、Yukio Kato、Soo Hyeon Kim、Taketomo Kido、Atsushi Miyajima、Yasuyuki Sakai、Eric Leclerc
  • 雑誌名: Biochemical Engineering Journal 巻: 181 ページ: 108408-108408
  • DOI: 10.1016/j.bej.2022.108408
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of human iPSC-derived quiescent hepatic stellate cell-like cells for drug discovery and in vitro disease modeling (2021)
  • 著者名/発表者名: Koui Yuta、Himeno Misao、Mori Yusuke、Nakano Yasuhiro、Saijou Eiko、Tanimizu Naoki、Kamiya Yoshiko、Anzai Hiroko、Maeda Natsuki、Wang Luyao、Yamada Tadanori、Sakai Yasuyuki、Nakato Ryuichiro、Miyajima Atsushi、Kido Taketomo
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 16 号: 12 ページ: 3050-3063
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.11.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of the hepatic development in the coculture of hiPSCs-derived LSECs and HLCs in a fluidic microenvironment (2021)
  • 著者名/発表者名: Danoy Mathieu、Tauran Yannick、Poulain Stephane、Jellali Rachid、Bruce Johanna、Leduc Marjorie、Le Gall Morgane、Koui Yuta、Arakawa Hiroshi、Gilard Francoise、Gakiere Bertrand、Kato Yukio、Plessy Charles、Kido Taketomo、Miyajima Atsushi、Sakai Yasuyuki、Leclerc Eric
  • 雑誌名: APL Bioengineering 巻: 5 号: 2 ページ: 026104-026104
  • DOI: 10.1063/5.0041227
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small extracellular vesicles derived from interferon-γ pre-conditioned mesenchymal stromal cells effectively treat liver fibrosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi S, Tsuchiya A, Iwasawa T、Nojiri S、Watanabe T、Ogawa M、Yoshida T、Fujiki K、Koui Y、Kido T、Yoshioka Y、Fujita M、Kikuta J、Itoh T、Takamura M、Shirahige K、Ishii M、Ochiya T、Miyajima A、Terai S
  • 雑誌名: npj Regenerative Medicine 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41536-021-00132-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multi-omics analysis of hiPSCs-derived HLCs matured on-chip revealed patterns typical of liver regeneration (2021)
  • 著者名/発表者名: Danoy M, Tauran Y, Poulain S, Jellali R, Bruce J, Leduc M, Gall M, Koui Y, Arakawa H, Gilard F, Kato Y, Kido T, Miyajima A, Sakai Y, Leclerc E
  • 雑誌名: Biotechnology & Bioengineering 巻: 118 号: 10 ページ: 3716-3732
  • DOI: 10.1002/bit.27667
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Development of anti-HBV agents that contain alkaloidal scaffolds bearing Michael acceptors (2024)
  • 著者名/発表者名: Misao Himeno, Kaneko Nobuto, Hiroki Kubota, Taketomo Kido, Atsushi Miyajima, Masaya Sugiyama, Meng Ling Moi, Hiroki Oguri
  • 学会等名: The Joint 24th International Conference on Emerging Infectious Diseases in the Pacific Rim of the USJCMSP in collaboration with the 2nd International Symposium for IDRIC
  • 国際学会
• [学会発表] 抗線維化作用を有する新規リゾホスファチジルセリン誘導体の創製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 陳 露瑩、木戸 丈友、宮島 篤、大和田 智彦
  • 学会等名: 第37回肝類洞壁細胞研究会学術集会
• [学会発表] B型肝炎ウイルス複製阻害活性を示すマイケルアクセプター含有アルカロイド類似化合物の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 姫野 美沙緒、金子 信人、久保田 大貴、木戸 丈友、宮島 篤、杉山 真也、モイ メンリン、大栗 博毅
  • 学会等名: 第70回日本ウイルス学会学術集会
• [学会発表] マイケルアクセプターを有するアルカロイド類似化合物群の骨格多様化合成による抗B型肝炎ウイルス活性分子の創製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 金子 信人、久保田 大貴、姫野 美沙緒、木戸 丈友、宮島 篤、大栗 博毅
  • 学会等名: 日本化学会 第103春季年会
• [学会発表] ヒトiPS細胞技術を用いた肝線維症治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木戸 丈友、中野 泰博、大栗 博毅、宮島 篤
  • 学会等名: 第95回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトiPS細胞由来活性化肝星細胞に対する脱活性化誘導に立脚した肝線維症治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中野 泰博、宮島 篤、木戸 丈友
  • 学会等名: 第29回 肝細胞研究会
• [学会発表] ヒトiPS細胞由来静止期肝星細胞を用いた肝線維化治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木戸 丈友、大栗 博毅、宮島 篤
  • 学会等名: 第127回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] iPS細胞由来静止期肝星細胞を用いた創薬研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木戸 丈友、大栗 博毅、宮島 篤
  • 学会等名: 第35回 肝類洞壁細胞研究会学術集会
• [図書] iPS細胞を用いた創薬研究-肝線維化治療薬の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木戸 丈友、宮島 篤
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社
• [図書] iPS細胞からの肝類洞壁細胞への分化誘導法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 姫野 美沙緒、木戸 丈友
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: アークメディア
• [産業財産権] 活性化星細胞を脱活性化する方法 (2022)
  • 発明者名: 宮島 篤、木戸 丈友、中野 泰博、宮戸 みつる
  • 権利者名: 宮島 篤、木戸 丈友、中野 泰博、宮戸 みつる
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
  • 外国
• [産業財産権] アザ－アルテミシニン類を含む線維症治療薬 (2022)
  • 発明者名: 宮島 篤、木戸 丈友、大栗 博毅、他６名
  • 権利者名: 宮島 篤、木戸 丈友、大栗 博毅、他６名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-082568
  • 出願年月日: 2022
• [産業財産権] 活性化肝星細胞に対する脱活性化誘導剤スクリーニング系 (2022)
  • 発明者名: 宮島篤、木戸丈友、中野泰博、宮戸みつる
  • 権利者名: 宮島篤、木戸丈友、中野泰博、宮戸みつる
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
  • 外国