間質前駆細胞誘導に基づくヒト腎臓高次構造の再構築

• 研究課題/領域番号: 21H05050
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 大区分I
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 西中村 隆一 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (70291309)
• 研究期間 (年度): 2021-07-05 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 189,280千円 (直接経費: 145,600千円、間接経費: 43,680千円); 2025年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円); 2024年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円); 2023年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円); 2022年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円); 2021年度: 42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)
• キーワード: 腎臓発生 / 間質前駆細胞 / iPS細胞

研究開始時の研究の概要

腎臓は3つの前駆組織の相互作用によって形成される複雑な臓器である。申請者は、そのうち二つの試験管内誘導法を開発済みである。本計画では、３つ目の間質前駆細胞の誘導法を開発し、他の二つと組み合わせることによって、多能性幹細胞（マウスES細胞とヒトiPS細胞）から腎臓本来の高次構造を再構築することを目的とする。

研究実績の概要

腎臓はネフロン前駆細胞、尿管芽、間質前駆細胞という3つの前駆組織の相互作用によって形成される。申請者はこれまでに、マウスの発生学的知見に基づいてマウスES細胞及びヒトiPS細胞からネフロン前駆細胞と尿管芽の試験管内誘導法（腎オルガノイド作製法）を報告してきた。そこで本計画では、３つ目の間質前駆細胞の誘導法を開発し、前2者と組み合わせることによって、分岐構造の周囲に機能ユニットが配置された腎臓本来の高次構造を再構築することを目的とする。これに際してマウスとヒトの種差を解明することによって、ヒトでこれを達成する。さらに移植によって血流・尿路を確保して成熟させ、尿を産生して排出するという腎臓機能をオルガノイドに獲得させる計画である。本年度は以下の研究を行った。
1. ヒト間質前駆細胞の誘導：シングルセル RNAシークエンスによって同定した間質前駆細胞で発現するマーカーやシグナル分子をもとに、ヒトiPS細胞から間質前駆細胞を誘導した。それを遺伝子発現と腎臓構造構築能で検定することによって、誘導条件を改善した。また他の２つの前駆細胞（ネフロン前駆細胞と尿管芽）の誘導条件改善も行った。
2. 尿管周囲間質前駆細胞の誘導：尿管周囲の間質は、これまでに誘導してきた腎臓内間質前駆細胞とは異なるもう一つの間質前駆細胞に由来する。この尿管周囲間質前駆細胞をマウスES細胞から誘導し、シングルセル RNAシークエンスで検証することによって誘導法を改良した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ヒト間質前駆細胞の誘導法及びマウス尿管周囲間質細胞の誘導法をほぼ確立したため。

今後の研究の推進方策

ヒト iPS細胞から誘導した間質前駆細胞を他の前駆細胞と組み合わせることで、高次構造を持ったヒト腎臓を作製し、さらには尿管を持った腎臓組織の構築を目指す。

評価記号

中間評価所見 (区分)

A+: 研究領域の設定目的に照らして、期待以上の進展が認められる

研究成果

• [国際共同研究] Asia Kidney Regeneration(中国)
• [国際共同研究] Lithuanian University of Health Sciences(リトアニア)
• [国際共同研究] Indiana University(米国)
• [国際共同研究] Indiana University(米国)
• [国際共同研究] Indiana University(米国)
• [雑誌論文] Advances and challenges toward developing kidney organoids for clinical applications (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 30 号: 8 ページ: 1017-1027
  • DOI: 10.1016/j.stem.2023.07.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kidney Bioengineering for Transplantation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ibi Yutaro、Nishinakamura Ryuichi
  • 雑誌名: Transplantation 巻: 107 号: 9 ページ: 1883-1894
  • DOI: 10.1097/tp.0000000000004526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of the organotypic kidney structure by integrating pluripotent stem cell-derived renal (2022)
  • 著者名/発表者名: 2.Tanigawa S, Tanaka E, Miike K, Ohmori T, Inoue D, Cai C-L, Taguchi A, Kobayashi A, Nishinakamura R
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 611-611
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28226-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 固形臓器（腎臓）の統合的再構成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 西中村 隆一
  • 学会等名: 第23回日本再生医療学会
  • 招待講演
• [学会発表] Kidney organoids with higher-order structure (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 学会等名: 15th International Workshop on Developmental Nephrology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of higher-order kidney structure from pluripotent stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of 3D kidneys from pluripotent stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 学会等名: Korean Society of Nephrology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 腎臓再生の現状と未来 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西中村 隆一
  • 学会等名: 第110回日本泌尿器科学会
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of the 3D kidney from pluripotent stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞由来の腎臓高次構造の構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西中村 隆一
  • 学会等名: 第22回日本再生医療学会
  • 招待講演
• [学会発表] Defining the maturation of kidney cells with single-cell sequencing and functional predictions (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura Ryuichi
  • 学会等名: American Society of Nephrology: Kidney Week
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of the organotypic kidney structure solely from pluripotent stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Tanigawa, Nishinkamura Ryuichi
  • 学会等名: International Society of Stem Cell Research
  • 国際学会
• [学会発表] 多能性幹細胞から腎臓を丸ごと作る (2022)
  • 著者名/発表者名: 西中村 隆一
  • 学会等名: 第52回日本腎臓学会西部学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞由来オルガノイドを用いたヒト腎臓発生と病態の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西中村隆一
  • 学会等名: 第95回日本薬理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Organoid-based analysis of kidney development (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura R
  • 学会等名: SDB2021 International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Building a more perfect organoid: to the ureteric bud and beyond (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura R
  • 学会等名: Kidney Week 2021 (American Society of Nephrology)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Kidney organoids for modeling human development and disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura R
  • 学会等名: ASHBi Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of 3D kidney organoids from pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishinakamura R
  • 学会等名: 13th Gfe School: Stem cells, development, and regeneration
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 熊本大学発生医学研究所 腎臓発生分野
  • URL: https://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/kidney_development/
• [備考] 熊本大学 発生医学研究所 腎臓発生分野
  • URL: https://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/bunya_top/kidney_development/