血管と自律神経を有する3次元組織培養デバイスの創製

• 研究課題/領域番号: 23K26520
• 補助金の研究課題番号: 23H01827 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28050:ナノマイクロシステム関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 森 宣仁 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (70806215)
• 研究分担者: 渋谷 陽一郎 筑波大学, 医学医療系, 講師 (50783883) ; 高山 祐三 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (60608438)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2026年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2025年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2024年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 灌流 / 血管 / 自律神経 / Organ-on-chip / MPS / organs-on-chip

研究開始時の研究の概要

本研究は、血管と自律神経を有する3次元組織培養システムを開発することを目指す。細胞や細胞の足場材料を組み立てて構築する3次元組織には、これまで実際の臓器にあるような血管及び自律神経ネットワークが存在しなかった。これらのネットワークは組織・臓器の機能を維持・発揮するために重要な身体のインフラである。これらのネットワークを3次元組織に構築できるようになることで、生物・医学研究や創薬の基盤技術、再生医療用移植組織の構築など幅広い展開が期待できる。

研究実績の概要

生体において、臓器は血管によって酸素・栄養の取得、二酸化炭素・老廃物の排出といった物質交換を行い、さらに交感・副交感神経からなる自律神経系によって機能調整されることで恒常性を維持しており、その破綻は疾患に直結する。また、腫瘍などの疾患においても血管や自律神経が関与していることが知られている。要するに、血管と自律神経はほぼすべての臓器に共通する「インフラストラクチャ」である。一方、近年臓器や組織を模倣するスフェロイドやオルガノイドといった3次元組織が盛んに開発されており、基礎研究や創薬のためのツール、あるいは再生医療用の移植組織として利用が進んでいる。しかしながら、ヒト自律神経は生体からの分離・培養が困難であり『材料』としての細胞が入手できなかったため、体外において自律神経を有する3次元組織を構築することができなかった。このため、これまでの3次元組織には生体で当たり前に制御されるべき興奮・安静状態の区別がなく、本来、昼夜等時間帯やリラックスの状態によって異なるべきホルモン分泌量が常に一定になってしまうなど、極めて不自然な状態にあった。そこで、本研究ではiPS細胞から分化誘導した自律神経を、血管付きの3次元組織に導入し、さらに光刺激によって興奮・安静状態をスイッチするシステムを開発することを目指している。2023年度は光刺激により細胞を活性化するチャネルロドプシンChR2およびChrimsonRのベクター作製と、当該ベクターを用いたiPS細胞由来自律神経への遺伝子導入条件の検討を実施した。また、実際に遺伝子導入した自律神経細胞をMEA測定装置（Axion Maestro Edge）により電気測定したところ、光刺激に同期したシグナルが得られた。

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

大きな遅延なく進捗している。

今後の研究の推進方策

今後はさらなる遺伝子導入効率の向上の検討を推進する。また、光刺激可能なデバイスを設計する。