| 研究領域 | 力が制御する生体秩序の創発 |
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| 研究課題/領域番号 |
23H04723
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
萩原 将也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 理研白眉研究チームリーダー (00705056)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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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 |
11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
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| キーワード | オルガノイド / 背腹軸 / 濃度勾配 / マイクロデバイス / 脊髄オルガノイド / 脊索 / 神経管 / Neural crest |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題では神経管形成時に発生するNeural Crest（以下NC）細胞の出現メカニズムに焦点を当て、メカノケミカルフィードバック機構が如何にして局所的なNC細胞の分化を導いているのか解明することを目的とする。本目的を達成するため、当該申請者が構築した形態因子濃度勾配制御と細胞局在制御を同時に行う体軸形成プラットフォームを用いて、iPS細胞から背腹軸を持つ神経管オルガノイドをin vitroにて作製し、NC細胞の出現位置をライブイメージングで同定する。また、培養環境を操作し様々な摂動を与え、数理モデルとの比較により、NC細胞出現に関するメカノケミカルフィードバックを解析する。
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| 研究実績の概要 |
昨年度までに我々が構築した、因子濃度勾配を印加するGradient-in-a-CUBEを改良し、今年度は背腹軸を有する神経管の構築を進めた。まず、ポリカーボネードのデバイスに脊索からのＳＨＨのシグナルを模倣するため、数百ミクロンメートルのスリットを切削で作製し、デバイス上に播種した細胞とともに９０度回転して流体チップ内に挿入することによりＳＨＨとＢＭＰの勾配が細胞に暴露できるチップを構築した。
デバイス上にフォトリソグラフィーで作製したＰＤＭＳ膜を配置することで、細胞播種領域を制御可能できる。さらにプラズマ処理を行うことでマトリゲルとデバイスの接着力を上げたのちに細胞を播種することで、スリット上に設計通りの幅で細胞を播種し、分化誘導を行うことができる。これにより、スリットからの因子濃度勾ｉ配に加え、細胞播種領域におけるメカニカルストレス分布を制御することができる。この細胞集団の幅や幾何形状を変えることで、神経分化培地に暴露後の形態が大きく異なることからも、細胞の層における境界条件がメカノケミカルフィードバックに影響してることが分かる。
本デバイスを用いて、ＳＨＨのアゴイストであるＳＡＧの勾配をデバイス上に播種し、神経前駆細胞への誘導後のｉＰＳ細胞に暴露し7日間が培養を続け、管状に成長した組織にＰＡＸ６の局在を確認することができた。デバイス側の最適化はほぼ完了したので、来年度は分化誘導の最適化を進めていく。
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| 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
本研究課題を達成する上で、エンジニアリングサイドの最適化として、デバイスやスリット幅、ファブリケーションプロセスの最適化と、細胞培養サイドの最適化として、成長因子濃度・タイミング、期間といった培養プロトコル最適化を達成することが必須である。当該年度はエンジニアリングサイドの最適化がほぼ完了し、現在細胞培養の最適化を進めている段階であり、概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
背腹軸を有するための培地濃度・タイミングの最適化を継続して進める。背腹軸それぞれに必要な因子が異なるため、組合せ数が飛躍的に増え、因子暴露期間も考慮すると相当数の実験が求められる。安定したN数を賄うためにも、デバイスによる実験の再現性や成功率が向上するよう、引き続きデバイス側の改善も同時並行で行う。
デバイスやプロセスの標準化作業もできつつあるため、スループットを上げるために自動化の方向性も考慮して研究を進める。
NC細胞のライブイメージングを行うため、最適化完了後はSOX10レポーター導入細胞を用いて、タイムラプス計測を行うことで、NC細胞の時空間的な出現条件の解析を進める。
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