機能性素材を応用した血管オルガノイドの作製

• 研究課題/領域番号: 21K19881
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター (2022); 筑波大学 (2021)
• 研究代表者: 山城 義人 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (70751923)
• 研究分担者: 森 英一朗 奈良県立医科大学, 医学部, 准教授 (70803659) ; 吉野 大輔 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80624816)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022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); 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 血管オルガノイド / 細胞外マトリクス / メカニカルストレス / 筋萎縮性側索硬化症 / 接着斑 / 血管 / オルガノイド / 弾性線維

研究開始時の研究の概要

独自に開発した機能性素材（高弾性線維形成細胞株）を用いて、オルガノイド作製時の基質とし、弾性能を有した血管オルガノイドを作製する事が本研究の目的である。弾性線維は、組織の伸縮や組織間相互作用などの機能性をもたらす上で必須の要素であるが、人為的に再構築することは難しい。申請者独自の高弾性線維形成細胞株の単離技術と、血管オルガノイド作製技術とを融合させることが、課題克服へのブレイクスルーになる。作製した機能性オルガノイドは上皮器官と深部の器官を繋ぎ、「より高度な組織構築」を可能とする。皮膚や肺など、他の伸縮性器官でも応用することが可能であり、挑戦的研究としての意義が高い。

研究成果の概要

生体恒常性維持の理解において、生きたままの立体組織を観察することは、不可欠な要素である。組織構築に用いられるスフェロイドやオルガノイドは細胞集合体ではあるものの、その収縮や弾性といった機能は欠落しているのが現状である。そこで、独自に開発した機能性素材（高弾性線維形成株）を用いて、スフェロイドやオルガノイド作製時の基質とし、弾性能を有した血管オルガノイドを作製することを試みた。血管弾性線維をin vitroで評価する系を確立し、弾性線維形成能が極めて高いラット血管平滑筋細胞の樹立に成功した。筋萎縮性側索硬化症の原因遺伝子の変異から分泌される毒性ペプチドの細胞機能への影響などを評価した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

器官再生技術として、オルガノイド研究が大きく進展した。上皮細胞を用いた“端“の組織構築（眼、皮膚、胃など）には成功しているものの、細胞外マトリクスを含む深部の組織、いわゆる”間“を作るには至っていない。上皮細胞と深部の細胞を繋ぐ細胞外マトリクスは、組織の伸縮や組織間相互作用などの機能性をもたらす上で必須の要素である。昨今のマイクロデバイスや3Dプリンタといった工学技術の発展に加え、細胞が保有する自然な機能性素材（細胞外環境の構築能）を融合することが、組織構築の成熟化と維持、または再現性の確保において、ブレイクスルーになると考えられる。