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微小炎症ネットワークの解明に資する全身全細胞解析技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K15435
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分49030:実験病理学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

久保田 晋平  北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 特任講師 (90808859)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードシステム生物学 / 免疫学 / 組織透明化 / システムズバイオロジー / 全細胞解析 / 神経免疫連関
研究開始時の研究の概要

申請者は慢性炎症性疾患の病態が固定化する前の超早期段階における医療介入・先制医療を実現するためには微小炎症の時空間的多様性・遷移状態 (微小炎症ネットワーク) を定量的に評価するための研究手法が必要であると考え、本研究において“微小炎症ネットワークの解明に資する全身全細胞解析技術の開発”に取り組む。
本研究で確立する網羅的な1細胞解像度での微小炎症解析技術は超早期段階における医療介入・先制医療を実現するための基盤技術となり、医学・生物学分野に対して広く波及効果を持つと期待される。

研究実績の概要

本研究の目的は、“微小炎症ネットワークの解明に資する全身全細胞解析技術の開発”である。これまで研究者らは炎症において重要な細胞・分子の同定に取り 組んできた。しかしながら技術的な限界により、慢性炎症性疾患の発端である微小炎症の時空間的多様性・遷移状態を理解することは依然として困難である。多種類の免疫細胞群によって惹起される微小炎症ネットワークの理解には分離された細胞を対象とする解析手法だけでは不十分であり、個体内の細胞の位置情報を保持した状態で細胞の機能情報を包括的に解析する手法が必要である。 本研究課題提案者は多細胞システムの解析基盤技術として組織透明化技術を用いた全細胞観察技術、マルチプレックスin situ ハイブリダイゼーション技術、マイクロエマルジョン技術を用いたオミクス解析に着目し研究を推進している。2023 年度は特に蛍光プローブの開発、マイクロエマルジョン技術を用いたオミクス解析に取り組み、金粒子を用いた微小炎症検出系の開発(Naim F et al. Bio Protoc. 2023 Apr 5;13(7):e4644.)、個体レベルでの低酸素状態の可視化手法の開発(Sakamoto et al., ACS Nano. 2024 Feb 13;18(6):5167-5179.)、GVHD(移植片対宿主病)予防薬であるカルシニューリン阻害薬が一過性(transitory)疲弊T細胞を誘導することで、逆慢性GVHDの発症してしまう機構の解明などを行った(Senjo et al., Calcineurin inhibitor inhibits tolerance induction by suppressing terminal exhaustion of donor T cells after allo-HCT. Blood. 2023 Aug 3;142(5):477-492.)。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究課題提案者はこれまでに個体内の細胞の位置情報・機能情報を包括的に解析する手法として組織透明化手法の開発を進めており、がん微小転移など個体に おいて非常に少数な細胞によって引き起こされる生命現象の定量的解析に成功している。2023年度は蛍光プローブの開発、マイクロエマルジョン技術を用いたオミクス解析に取り組み、金粒子を用いた微小炎症検出系の開発(Naim et al., Bio Protoc, 2023)、個体レベルでの低酸素状態の可視化手法の開発(Sakamoto et al., ACS Nano, 2024)、GVHD(移植片対宿主病)予防薬であるカルシニューリン阻害薬が一過性(transitory)疲弊T細胞を誘導することで、逆慢性GVHDの発症してしまう機構の解明などを行った。
特に個体レベルでの低酸素状態の可視化手法の開発に関しては1.組織透明化試薬(BABB, Basilified BABB, Acidified BABB, CUBIC-R, CUBIC-R+, Acidified CUBIC-R)における蛍光色素(FITC, TAMRA, SI-Rhodamine, Cy3, Cy5, Tokyo Green, Me-Si-Rhodol, Me-Si-Rhodamine, PO-Rhodamine, BODIPY)の光物性評価、2.蛍光標識したPimonidazoleの低酸素細胞の取り込み効率評価、3.個体における低酸素細胞の可視化を行うことで、個体レベルでの低酸素状態の可視化プローブとしてMe-Si-Rhodol標識Pimonidazole、BODIPY標識Pimonidazoleが利用可能であることを発表した。

今後の研究の推進方策

本研究では、多発性硬化症をモデルとして微小炎症の多次元的な発生・消滅・増幅・定着機構を解明するために、申請者らが開発してきた全身全細胞を1細胞解 像度で網羅的に観察するための組織透明化技術および大容量画像の解析技術を応用発展させ、新規微小炎症検出系、低酸素検出系を確立した。現在は、1.Click反応を応用することで個体レベルで生体情報を取得する方法の開発、2.酸化ストレスを検出するためのプローブ開発を行っている。これらの開発が進むことにより、微小炎症の発生からその増幅による慢性炎症への発展、その消滅による未病状態の維持まで、時空間的に微小炎症 ネットワークのダイナミクスを定量的に解明することが可能となると考えている。北海道においては再生医療に基づく新規治療法の実用化を目指す複数の企業が存在している。本技術は個体内に存在する微小炎症を定量的に評価することが可能であるため、微小炎症の制御による新規再生医療技術シーズの創出・検証に貢献が可能であると考えている。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 3件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Allen Institute/Washington University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Whole-Body and Whole-Organ 3D Imaging of Hypoxia Using an Activatable Covalent Fluorescent Probe Compatible with Tissue Clearing2024

    • 著者名/発表者名
      Daichi M. Sakamoto; Iori Tamura; Bo Yi; Sho Hasegawa; Yutaro Saito; Naoki Yamada; Yoichi Takakusagi; Shimpei I. Kubota; Minoru Kobayashi; Hiroshi Harada; Kenjiro Hanaoka; Masayasu Taki; Masaomi Nangaku; Kazuki Tainaka; Shinsuke Sando
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 18 号: 6 ページ: 5176-5179

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c12716

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-precision rapid testing of omicron SARS-CoV-2 variants in clinical samples using AI-nanopore2023

    • 著者名/発表者名
      Murakami Kaoru、Kubota Shimpei I.、Tanaka Kumiko、Tanaka Hiroki、Akabane Keiichiroh、Suzuki Rigel、Shinohara Yuta、Takei Hiroyasu、Hashimoto Shigeru、Tanaka Yuki、Hojyo Shintaro、Sakamoto Osamu、Naono Norihiko、Takaai Takayui、(10名省略)、Taniguchi Masateru、Murakami Masaaki
    • 雑誌名

      Lab on a Chip

      巻: 23 号: 22 ページ: 4909-4918

    • DOI

      10.1039/d3lc00572k

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computer model of IL-6-dependent rheumatoid arthritis in F759 mice2023

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Reiji、Yamada Satoshi、Atsumi Toru、Murakami Kaoru、Hashimoto Ari、Naito Seiichiro、Tanaka Yuki、Ohki Izuru、Shinohara Yuta、Iwasaki Norimasa、Yoshimura Akihiko、Jiang Jing-Jing、Kamimura Daisuke、Hojyo Shintaro、Kubota Shimpei I、Hashimoto Shigeru、Murakami Masaaki
    • 雑誌名

      International Immunology

      巻: 35 号: 9 ページ: 403-421

    • DOI

      10.1093/intimm/dxad016

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In situ Microinflammation Detection Using Gold Nanoclusters and a Tissue-clearing Method2023

    • 著者名/発表者名
      Naim Fayrouz、Hasebe Rie、Hojyo Shintaro、Shichibu Yukatsu、Ishii Asuka、Tanaka Yuki、Tainaka Kazuki、Kubota Shimpei、Konishi Katsuaki、Murakami Masaaki
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 13 号: 7 ページ: 7-7

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.4644

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Calcineurin inhibitor inhibits tolerance induction by suppressing terminal exhaustion of donor T cells after allo-HCT2023

    • 著者名/発表者名
      Senjo Hajime、Harada Shinpei、Kubota Shimpei I.、Tanaka Yuki、Tateno Takahiro、Zhang Zixuan、Okada Satomi、Chen Xuanzhong、Kikuchi Ryo、Miyashita Naoki、Onozawa Masahiro、Goto Hideki、Endo Tomoyuki、Hasegawa Yuta、Ohigashi Hiroyuki、Ara Takahide、Hasegawa Yoshinori、Murakami Masaaki、Teshima Takanori、Hashimoto Daigo
    • 雑誌名

      Blood

      巻: 142 号: 5 ページ: 477-492

    • DOI

      10.1182/blood.2023019875

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] GM-CSF Promotes the Survival of Peripheral-Derived Myeloid Cells in the Central Nervous System for Pain-Induced Relapse of Neuroinflammation2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuyama Shiina、Yamamoto Reiji、Murakami Kaoru、Takahashi Nobuhiko、Nishi Rieko、Ishii Asuka、Nio Kobayashi Junko、Abe Nobuya、Tanaka Kumiko、Jiang Jing Jing、Kawamoto Tadafumi、Iwanaga Toshihiko、Shinohara Yuta、(4名省略)、Kubota Shimpei I、(4名省略)、Murakami Masaaki
    • 雑誌名

      The Journal of Immunology

      巻: 211 号: 1 ページ: 34-42

    • DOI

      10.4049/jimmunol.2200567

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dupuytren's contracture-associated SNPs increase SFRP4 expression in nonimmune cells including fibroblasts to enhance inflammation development2023

    • 著者名/発表者名
      Kida H, Jiang JJ, Matsui Y, Takahashi I, Hasebe R, Kawamura D, Endo T, Shibayama H, Kondoh M, Nishio Y, Nishida K, Matsuno Y, Oikawa T, Kubota S, Hojyo S, Iwasaki N, Hashimoto S, Tanaka Y, Murakami M.
    • 雑誌名

      Int Immunol.

      巻: dxad004 号: 7 ページ: 303-312

    • DOI

      10.1093/intimm/dxad004

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Zoobiquity experiments show the importance of the local MMP9-plasminogen axis in inflammatory bowel diseases in both dogs and patients.2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Yamasaki, Noriyuki Nagata, Toru Atsumi, Rie Hasebe, Yuki Tanaka, Izuru Ohki, Shimpei Kubota, Yuta Shinohara, Yong Bin Teoh, Nozomu Yokoyama, Noboru Sasaki, Kensuke Nakamura, Hiroshi Ohta, Takehiko Katsurada, Yoshihiro Matsuno, Shintaro Hojyo, Shigeru Hashimoto, Mitsuyoshi Takiguchi, Masaaki Murakami.
    • 雑誌名

      International immunology

      巻: - 号: 7 ページ: 313-326

    • DOI

      10.1093/intimm/dxad006

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combination therapy with bevacizumab and CCR2 inhibitor for women with ovarian cancer: in vivo validation study2023

    • 著者名/発表者名
      Tianyue Zhai, Takashi Mitamura, Lei Wang, Shimpei I Kubota, Masaaki Murakami, Shinya Tanaka, Hidemichi Watari
    • 雑誌名

      Cancer Medicine

      巻: - 号: 8 ページ: 9697-9708

    • DOI

      10.1002/cam4.5674

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A hybrid open-top light-sheet microscope for versatile multi-scale imaging of cleared tissues2022

    • 著者名/発表者名
      Glaser AK, Bishop KW, Barner LA, Susaki EA , Kubota SI, ..., Huang H, Reder NP, Wilson JJ, Sivakumar R, Shamskhou E, Stoltzfus CR, Wei X, Hempton AK, Pende M, Murawala P, Dodt HU, Imaizumi T, Shendure J, Beliveau BJ, Gerner MY, Xin L, Zhao H, Tru LD, Reid RC, Chandrashekar J, Ueda HR, Svoboda K, Liu JTC
    • 雑誌名

      Nature Methods

      巻: 19 号: 5 ページ: 613-619

    • DOI

      10.1038/s41592-022-01468-5

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An analysis modality for vascular structures combining tissue-clearing technology and topological data analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi K, Abe K, Kubota SI, Fukatsu N, Morishita Y, Yoshimatsu Y, Satoshi Hirakawa, Yoshiaki Kubota, Tetsuro Watabe, Shogo Ehata, Hiroki R. Ueda, Teppei Shimamura, Kohei Miyazono
    • 雑誌名

      Nature Communiactions

      巻: 13 号: 1 ページ: 5239-5239

    • DOI

      10.1038/s41467-022-32848-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 組織透明化技術を用いた三次元空間解析2023

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平
    • 学会等名
      第一回北海道バイオ"Mix-up"
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 組織透明化技術を用いた全細胞解析2023

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平
    • 学会等名
      量子生命科学先端フォーラム2023 夏の研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] がん組織不均一性に資する全身全細胞解析技術の構築2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平, 高橋恵生, 西田純, 江幡正悟, 田井中一貴, 上田泰己, 宮園浩平
    • 学会等名
      第111回日本病理学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 組織透明化による一細胞解像度での病理学解析2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平
    • 学会等名
      第81回日本癌学会学術総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 光シート顕微鏡を用いた三次元病理学解析2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平、村上正晃
    • 学会等名
      光シート顕微鏡ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 組織透明化技術を基盤とした三次元病理学解析2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平
    • 学会等名
      iSeminar
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲートウェイ反射による 組織特異的な炎症性疾患の誘導機構2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平、長谷部理絵、村上薫、田中勇希、村上正晃
    • 学会等名
      第102回 北海道医学大会 病理分科会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 組織透明化を用いたがん微小環境の全細胞解析2022

    • 著者名/発表者名
      久保田晋平
    • 学会等名
      遺伝子・デリバリー研究会第21回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 【分野横断で描く未来#7】簡便・迅速なウイルス人工合成技術で迎え撃つ未来のウイルス感染症

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/researchtimes/2023/05/7-1.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 移植⽚対宿主病の新たな発症機序を解明

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/230804_pr2.pdf

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] AI ナノポアにより変異型新型コロナウイルスを 高感度・高特異度に検査

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/231026_pr2.pdf

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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