ヒトiPS細胞を用いたオンチップ型肝小葉シミュレータの開発と創薬への応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K15299
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 稲垣 豊 東海大学, 医学部, 教授 (80193548)
• 研究分担者: 紙谷 聡英 東海大学, 医学部, 准教授 (30321904)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 肝細胞機能 / 肝小葉 / マイクロ流体デバイス

研究実績の概要

創薬においては肝臓における薬物代謝を評価することが必須であり、その際には部位特異的な肝細胞機能の差異（zonation）を考慮することが重要である。肝小葉内における部位特異的な機能発現には、肝細胞の酸素消費によって形成される酸素濃度勾配が重要であると報告されている。そこで本研究では、肝小葉特有の酸素濃度勾配を生体外で再現するデバイスの開発を目的とした。
研究初年度となる昨年は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いて酸素濃度勾配を形成可能なデバイスを設計し、予想される酸素濃度勾配をシミュレーションにより確認した。また、実際の酸素濃度勾配の形成には脱酸素剤の亜硫酸塩を培養液中に添加し層流現象による拡散を利用する方法を用いて、生体内近似的な酸素濃度における肝細胞の生存を評価したところ、亜硫酸塩による肝細胞傷害が問題となった。
これらの結果を踏まえて、今年度はデバイス下層に空気を送達して細胞播種底面に用いたPDMSを介して酸素供給を行う新たな方法の有用性を検討した。酸素応答性色素のポルフィリン膜上にデバイスを設置して酸素濃度勾配の蛍光可視化を行った結果、シミュレーション結果に近似的な酸素濃度勾配の形成が確認された。また、カルセインAM/PI二重染色により評価した肝細胞の生存率は、亜硫酸塩法では約60%であるのに対して、今回の酸素供給法では約80%と良好であり、後者を用いることで飽和播種密度での肝細胞培養が可能となった。以上、PDMSを用いた微小流路と適切な酸素供給を行うことで、従来の培養皿では実現困難であった肝小葉環境を生体外で模倣することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of a novel alpha-fetoprotein- expressing cell population induced by Jagged1/Notch2 signal in murine fibrotic liver. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Nakano, Sachie Nakao, Hideaki Sumiyoshi, Kenichiro Mikami, Yuri Tanno, Minako Sueoka, Daigo Kasahara, Hiroshi Kimura, Tadashi Moro, Akihide Kamiya, Katsuto Hozumi, Yutaka Inagaki
  • 雑誌名: Hepatol Commun 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/hep4.1026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adhesive and robust multi-layered poly(lactic acid) nanosheets for hemostatic dressing in liver injury model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Komachi, Hideaki Sumiyoshi, Yutaka Inagaki, Shinji Takeoka, Yu Nagase, Yosuke Okamura.
  • 雑誌名: J Biomed Mater Res Part B 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/jbm.b.33714
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 肝線維化研究は、どこに向かうのか． (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 豊
  • 雑誌名: 肝胆膵 巻: 74 ページ: 7-9
• [雑誌論文] Deficiency of X-linked protein kinase Nrk during pregnancy triggers breast tumor in mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayo Yanagawa, Kimitoshi Denda, Takuya Inatani, Toshiaki Fukushima, Toshiaki Tanaka, Nobue Kumaki, Yutaka Inagaki, Masayuki Komada.
  • 雑誌名: Am J Pathol 巻: 186 ページ: 2751-2760
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2016.06.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Foetal hepatic progenitor cells assume a cholangiocytic cell phenotype during two-dimensional pre-culture. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Anzai, Hiromi Chikada, Kota Tsuruya, Kinuyo Ida, Tatehiro Kagawa, Yutaka Inagaki, Tesuya Mine, Akihide Kamiya.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 28283
  • DOI: 10.1038/srep28283
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 微小環境制御による肝小葉モデルの構築． (2016)
  • 著者名/発表者名: 笠原大瑚、住吉秀明、稲垣 豊、木村啓志
  • 雑誌名: 東海大学工学部紀要 巻: 56 ページ: 75-81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intestinal fibrosis and liver fibrosis - consequences of chronic inflammation or independent pathophysiology? (2016)
  • 著者名/発表者名: Florian Rieder, Dominik Bettenworth, Jin Imai, Yutaka Inagaki
  • 雑誌名: Inflamm Intest Dis 巻: 1 ページ: 41-49
  • DOI: 10.1159/000445135
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミトコンドリア酸化ストレスと肝線維化． (2016)
  • 著者名/発表者名: 茂呂 忠、石井恭正、稲垣 豊
  • 雑誌名: 細胞 巻: 48 ページ: 530-533
• [雑誌論文] マクロファージによる肝線維症の病態形成． (2016)
  • 著者名/発表者名: 柳川享世、稲垣 豊
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 259 ページ: 524-528
• [学会発表] 肝臓における薬物代謝の性差を制御する分子メカニズム． (2017)
  • 著者名/発表者名: 近田裕美、井田絹代、稲垣 豊、紙谷聡英
  • 学会等名: 第16回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-09
• [学会発表] Jagged1/Notchシグナルを介した線維肝再生における前駆細胞動員機構の解明． (2017)
  • 著者名/発表者名: 中野泰博、中尾祥絵、住吉秀明、三上健一郎、丹野友里、末岡 美那子 、笠原大瑚、木村 啓志、茂呂 忠、紙谷聡英、穂積勝人、稲垣 豊
  • 学会等名: 第16回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-08
• [学会発表] Jagged1/Notchシグナルは線維肝再生における肝前駆細胞の動員に機能する． (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野泰博、中尾祥絵、住吉秀明、三上健一郎、丹野友里、末岡 美那子 、笠原大瑚、木村啓志、茂呂 忠、紙谷聡英、穂積勝人、稲垣 豊
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-12-01
• [学会発表] ミトコンドリア酸化ストレスと高脂肪・高カロリー食摂取による脂肪性肝疾患の進展機構． (2016)
  • 著者名/発表者名: 茂呂 忠、中尾祥絵、住吉秀明、石井恭正、石井直明、稲垣 豊
  • 学会等名: 第30回肝類洞壁細胞研究会学術大会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] 酸素濃度勾配制御による肝小葉モデルの構築． (2016)
  • 著者名/発表者名: 笠原大瑚、住吉秀明、柳川享世、中野泰博、紙谷聡英、木村啓志、稲垣 豊
  • 学会等名: 第30回肝類洞壁細胞研究会学術大会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] An angiotensin receptor-like 1 receptor, APJ, plays an important role in promoting fibrosis and angiogenesis in an early stage of non-alcoholic steatohepatitis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Ando, Hiroaki Yokomori, Yutaka Inagaki, Rie Kubota, Katsuya Otori, Isao Okazaki
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 発表場所: Hynes Convention Center (Boston, MA, U.S.A.)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Functional analysis of a novel regeneration factor, opioid growth factor receptor-like 1, that regulates both hepatic development and regeneration of injured/fibrotic liver. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayo Yanagawa, Hideaki Sumiyoshi, Yousuke Chiba, Yuhei Suzuki, Sachie Nakao, Hiromi Chikada, Akihide Kamiya, Yutaka Inagaki
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 発表場所: Hynes Convention Center (Boston, MA, U.S.A.)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Expression of MMP-1 in hepatic progenitor cells is a significant biomarker of human early nonalcoholic steatohepatitis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Yokomori, Yutaka Inagaki, Wataru Ando, Masaya Oda, Isao Okazaki
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 発表場所: Hynes Convention Center (Boston, MA, U.S.A.)
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Contribution of Jagged1/Notch signaling to murine fibrotic liver regeneration through possible dedifferentiation of mature hepatocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Nakano, Sachie Nakao, Hideaki Sumiyoshi, Kenichiro Mikami, Yuri Tanno, Daigo Kasahara, Hiroshi Kimura, Tadashi Moro, Akihide Kamiya, Katsuto Hozumi, Yutaka Inagaki
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 発表場所: Hynes Convention Center (Boston, MA, U.S.A.)
  • 年月日: 2016-11-12
  • 国際学会
• [学会発表] Pathophysiological interplay between fibrosis and regeneration of the liver. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Inagaki
  • 学会等名: Asian Pacific Digestive Week 2016
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Contribution of Jagged1/Notch signaling to murine fibrotic liver regeneration through possible dedifferentiation of mature hepatocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Nakano, Sachie Nakao, Hideaki Sumiyoshi, Kenichiro Mikami, Yuri Tanno, Minako Sueoka, Daigo Kasahara, Hiroshi Kimura, Tadashi Moro, Akihide Kamiya, Katsuto Hozumi, Yutaka Inagaki
  • 学会等名: 9th Notch Meeting
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（静岡県三島市）
  • 年月日: 2016-10-05
• [学会発表] ミトコンドリア酸化ストレスと高脂肪・高カロリー食摂取による肝線維化の進展機構． (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 豊
  • 学会等名: 第3回肝臓と糖尿病・代謝研究会
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] 肝発生および線維肝再生過程における肝前駆細胞は、間葉系細胞のJagged-1をリガンドとするNotchシグナルによって制御される． (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野泰博、中尾祥絵、住吉秀明、三上健一郎、丹野友里、茂呂 忠、紙谷聡英、穂積勝人、稲垣 豊
  • 学会等名: 第23回肝細胞研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-07-07
• [学会発表] 肝臓における薬物代謝の性差を制御する分子メカニズム． (2016)
  • 著者名/発表者名: 近田裕美、井田絹代、稲垣 豊、紙谷聡英
  • 学会等名: 第23回肝細胞研究会
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2016-07-07
• [学会発表] 臓器線維症の病態解明に立脚した新たな診断・治療法の開発に向けた拠点形成． (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 豊、住吉秀明
  • 学会等名: 第48回日本結合組織学会学術大会
  • 発表場所: 長崎大学医学部（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2016-06-25
  • 招待講演
• [学会発表] 肝発生と傷害・線維肝の再生過程を制御する共通分子としてのOGFRL1の機能解析． (2016)
  • 著者名/発表者名: 柳川享世、住吉秀明、千葉陽介、鈴木悠平、中尾祥絵、近田裕美、紙谷聡英、稲垣 豊
  • 学会等名: 第48回日本結合組織学会学術大会
  • 発表場所: 長崎大学医学部（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2016-06-25
• [学会発表] 骨髄と肝臓の連関からみた炎症・線維化と再生の病態連繋． (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 豊
  • 学会等名: 第37回日本炎症・再生医学会
  • 発表場所: みやこメッセ（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-06-16
  • 招待講演
• [学会発表] Notch/Jagged-1シグナルを介した線維肝における肝前駆細胞動員機構の解明． (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野泰博、住吉秀明、稲垣 豊
  • 学会等名: 第52回日本肝臓学会総会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ幕張（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-19
• [学会発表] 線維肝に対する新規の再生促進因子 Opioid Growth Factor Receptor-like 1の発現動態と機能解析． (2016)
  • 著者名/発表者名: 柳川享世、住吉秀明、紙谷聡英、稲垣 豊
  • 学会等名: 第52回日本肝臓学会総会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ幕張（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-19
• [学会発表] 肝前駆細胞の動員・増殖を促す新規分子を用いた線維肝に対する再生治療戦略． (2016)
  • 著者名/発表者名: 住吉秀明、柳川享世、稲垣 豊
  • 学会等名: 第102回日本消化器病学会総会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-04-22
  • 招待講演
• [備考] 東海大学大学院マトリックス医学生物学センター
  • URL: http://matrix.med.u-tokai.ac.jp/index.html
• [備考] 東海大学大学院医学研究科
  • URL: http://www.med.u-tokai.ac.jp/daigakuin/web/matrix.html