| 研究課題/領域番号 |
23K04505
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
秋山 裕和 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60914140)
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| 研究分担者 |
清水 一憲 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (70402500)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | iPS細胞 / 心筋細胞 / 実験計画法 / モデリング / 共誘導 / 共分化 / バイオプロセス / 心血管 / 再生医療 / 共分化誘導 / 心筋組織構成細胞 / Design of Experiments |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代再生医療では、複数細胞種から成る高機能組織の移植治療が鍵となる。本研究では、心筋再生を対象に、iPS細胞から心筋組織構成細胞(心筋/血管内皮/間質細胞)を最適構成に共分化誘導し、複数細胞種間相互作用に基づき機能発現を最大化できる培養プロセスの確立を目指す。その手段として、統計的実験計画設計&モデル化手法であるDesign of Experimentsを駆使し、複数の分化誘導因子の濃度・組合せ・作用時間を変数とする共分化細胞構成予測モデルを構築する。モデル予測に基づき、これまで不可能であった、機能発現を最大化する絶妙な細胞構成に共分化誘導を制御できる条件を見出し、プロセスを確立する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、iPS細胞から心筋組織構成細胞（心筋・血管内皮、壁細胞）を狙いの構成に共分化誘導し、異細胞種間相互作用により機能発現を最大化できる培養プロセス開発を目指すものである。本年度は、研究の1つ目の核心となる「狙いの構成に共分化誘導」できるプロセス開発を目指し、初年度に目処付けした2つの共誘導因子をパラメータとし、心筋細胞、壁細胞、血管内皮細胞への同時分化のモデリングを行った。予測精度の検証実験のために、心筋細胞と非心筋細胞の共培養研究において心筋細胞を70%とした場合に心筋成熟が認められている報告（Cell Stem Cell 2020）を踏まえて、心筋細胞70%を予測する共誘導条件と、やや異なる条件として心筋細胞80%を予測する共誘導条件を選定した。これらの条件で5バッチの分化実験を行ったところ、各細胞の誘導率の予測値と実測値が概ね一致する結果が得られた。以上より、共誘導プロセス開発における当該方法論の有効性が確認できた。
次に、研究の2つ目の核心となる「異細胞種間相互作用により機能発現を最大化」の可能性を調べるために、共誘導により得られる異細胞種間相互作用が心筋成熟に及ぼす影響を調べた。具体的には、共誘導条件と単誘導条件（心筋のみに分化）で得られた細胞により各々凝集塊を作製し、30日間培養後、qPCRにより心筋成熟マーカー遺伝子の発現を解析した。その結果、共誘導の細胞で、収縮機能に重要なサルコメア系遺伝子の有意な発現上昇が認められた。また、成熟度と相関することが知られている細胞サイズについても、共誘導の細胞の方が有意に大きくなっており、形態的な成熟傾向も認められた。以上より、共誘導による異細胞種間相互作用が機能成熟に有効である可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
実績に記載の通り、共誘導プロセスの開発を終え、かつ、共誘導で得られた細胞の評価をおおむね終えることができている。そのため、3年間の研究期間で掲げた目標のおおよそ80%をすでにクリアしており、順調に進んでいると言える。しかしながら、今後の研究の推進方策に記載の通り、当初想定していない課題が見つかっていることから、残りの期間は、その課題への対応を行なっていく。
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| 今後の研究の推進方策 |
実績に記載の通り、共誘導と単誘導の細胞を比較評価した結果、共誘導の細胞で収縮機能に重要なサルコメア系の遺伝子発現の向上や、細胞サイズの向上が認められ、単誘導の細胞よりも成熟が進んでいることはほぼ間違いない。しかしながら、心筋細胞の重要機能であるカルシウムハンドリング機能や、代謝機能に関連した遺伝子については、発現上昇が認められておらず、本研究で対象とした細胞種への共誘導で得られる異細胞種間相互作用だけでは成熟効果に限界があることが示唆されている。今後は、培地成分を調整するなどして、心筋成熟がより促進されるよう培養プロセスの改善を行なっていく。
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