高圧力が拓く移植可能な組織構築技術の開発

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19403
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 横山 詩子 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (70404994)
• 研究分担者: 齋藤 純一 横浜市立大学, 医学部, 助教 (30779301)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: 再生医療 / 循環器 / メカニカルストレス / 細胞・組織 / バイオテクノロジー

研究実績の概要

再生医療を目指した細胞からの三次元組織構築法の研究が著しい発展を遂げているが、血圧に耐える強度を求められる血管組織ではその開発は極めて遅れている。研究代表者は先行研究で、生理的範囲を超える極めて高い圧力を負荷すると、ラット平滑筋細胞では細胞同士が接着して弾性線維などの細胞外基質を多く産生し、強固な血管様組織ができることを見出した。本研究では、ヒト血管平滑筋細胞を用いて通常生体内で経験しないレベルの高圧力を感受する機序を解明し、大気圧環境下では十分に引き出せなかった細胞の能力を最大限に利用することで、最終的には移植可能な弾性・剛性を有する三次元組織を短期間で構築する方法を開発することを目的とする。研究代表者は、ラット平滑筋細胞を用いた実験で、生理的範囲を超える高圧力環境の培養は、弾性線維をはじめとする細胞外基質を豊富に産生させ、細胞播種と高圧力印加を交互に繰り返すと強固な血管様組織が構築されることを見出した（Yokoyama U. et al., Scientific Reports, 2017）。
これを受けて本年度は以下について実験を行い結果を得た。①大阪大学、企業との連携により、加圧装置の改良を行い、新規作製した加圧装置を用いることで、酸素分圧やpHといった環境を詳細にリアルタイムでモニターすることに成功した。②ヒト平滑筋細胞を用いて細胞外基質が効率よく産生できる加圧条件を見出した。③加圧によりヒト平滑筋細胞で多層の強度あるシートを作製できた。

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

初年度は高圧力の感知分子機序を解明する目的で、加圧装置の改良を行い、細胞が感受する環境を正確に把握することができ、その条件を用いてある一定の条件が細胞外基質を効率よく産生することを明らかにできた。初年度として予定していた実験を行うことができ、さらに、その条件を用いて、平成３０年度に行う予定であった、細胞シートの作製に着手できた。数例の検討では、強度のある細胞シートを得ることができ、次年度に向けた準備を順調に行うことができた。

今後の研究の推進方策

本年度の検討結果を元に、次年度は細胞シートの作製のための条件検討を中心に研究を行う予定である。細胞膜表面へ可溶性フィブロネクチンの集合と不可溶性フィブロネクチン原線維の形成は弾性線維形成の足場となると同時に、インテグリンを介した細胞同士の接着を促進し細胞の三次元配置が可能となる。そこで、フィブロネクチン原線維形成を最も効果的に誘導できる圧力印加条件を用いてヒト平滑筋細胞の播種と高圧印加を交互に行い、平滑筋細胞同士の接着と弾性線維形成を促進させ、多層細胞シートを構築する。特に重要であるのが、細胞播種密度と加圧に要する時間の検証となる。フィブロネクチン原線維形成と引き続く弾性線維形成は、フィブロネクチン、フィブリリン１、エラスチン蛋白の免疫染色、エラスチカ染色、生化学的検査で確認する。

次年度使用額が生じた理由

旅費に関しては招待講演であったため、計上していた研究費を使用しなかった。また、圧力印加装置のための交換部品が、装置の故障や劣化がなく必要とならなかった。蛍光標識をするための試薬一式が研究室内で合成できたためにコストを削減できた。
これらの資金を用いて、平成３０年度にはより多くの細胞シートを作製し、移植実験に向けた検討を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Vidarabine, an anti-herpesvirus agent, prevents catecholamine-induced arrhythmias without adverse effect on heart function in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Suita K, Fujita T, Cai W, Hidaka Y, Jin H, Prajapati R, Umemura M, Yokoyama U, Sato M, Knollmann BC, Okumura S, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Pflugers Arch 巻: 470 ページ: 923-935
  • DOI: 10.1007/s00424-018-2121-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Treatment of oral cancer using magnetized paclitaxel (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakakaji Rina、Umemura Masanari、Mitsudo Kenji、Kim Jeong-Hwan、Hoshino Yujiro、Sato Itaru、Masuda Takatsugu、Yamamoto Masahiro、Kioi Mitomu、Koizumi Toshiyuki、Fujita Takayuki、Yokoyama Utako、et al.
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 9 ページ: 15591～15605
  • DOI: 10.18632/oncotarget.24570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epac activation inhibits IL-6-induced cardiac myocyte dysfunction (2018)
  • 著者名/発表者名: Jin Huiling、Fujita Takayuki、Jin Meihua、Kurotani Reiko、Hidaka Yuko、Cai Wenqian、Suita Kenji、Prajapati Rajesh、Liang Chen、Ohnuki Yoshiki、Mototani Yasumasa、Umemura Masanari、Yokoyama Utako、Sato Motohiko、Okumura Satoshi、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 68 ページ: 77～87
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0509-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] The iron chelating agent, deferoxamine detoxifies Fe(Salen)-induced cytotoxicity (2017)
  • 著者名/発表者名: Umemura Masanari、Kim Jeong-Hwan、Aoyama Haruki、Hoshino Yujiro、Fukumura Hidenobu、Nakakaji Rina、Sato Itaru、Ohtake Makoto、Akimoto Taisuke、Narikawa Masatoshi、Tanaka Ryo、Fujita Takayuki、Yokoyama Utako、Taguri Masataka、Okumura Satoshi、Sato Motohiko、Eguchi Haruki、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of Pharmacological Sciences 巻: 134 ページ: 203～210
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2017.07.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient receptor potential cation 3 channel regulates melanoma proliferation and migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Oda Kayoko、Umemura Masanari、Nakakaji Rina、Tanaka Ryo、Sato Itaru、Nagasako Akane、Oyamada Chiaki、Baljinnyam Erdene、Katsumata Mayumi、Xie Lai-Hua、Narikawa Masatoshi、Yamaguchi Yukie、Akimoto Taisuke、Ohtake Makoto、Fujita Takayuki、Yokoyama Utako、Iwatsubo Kousaku、Aihara Michiko、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 67 ページ: 497～505
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0480-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-DOPA sensitizes vasomotor tone by modulating the vascular alpha1-adrenergic receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Masukawa Daiki、Koga Motokazu、Sezaki Anna、Nakao Yuka、Kamikubo Yuji、Hashimoto Tatsuo、Okuyama-Oki Yuki、Aladeokin Aderemi Caleb、Nakamura Fumio、Yokoyama Utako、Wakui Hiromichi、Ichinose Hiroshi、Sakurai Takashi、Umemura Satoshi、Tamura Koichi、Ishikawa Yoshihiro、Goshima Yoshio
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 2 ページ: 1~16
  • DOI: 10.1172/jci.insight.90903
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cardiac overexpression of Epac1 in transgenic mice rescues lipopolysaccharide-induced cardiac dysfunction and inhibits Jak-STAT pathway (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin Huiling、Fujita Takayuki、Jin Meihua、Kurotani Reiko、Namekata Iyuki、Hamaguchi Shogo、Hidaka Yuko、Cai Wenqian、Suita Kenji、Ohnuki Yoshiki、Mototani Yasumasa、Shiozawa Kouichi、Prajapati Rajesh、Liang Chen、Umemura Masanari、Yokoyama Utako、Sato Motohiko、Tanaka Hikaru、Okumura Satoshi、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of Molecular and Cellular Cardiology 巻: 108 ページ: 170～180
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2017.05.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attenuation of ductus arteriosus intimal thickening in preterm sheep twins compared with singletons (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito Satoko、Yokoyama Utako、Saito Junichi、Sato Shinichi、Usuda Haruo、Watanabe Shimpei、Kitanishi Ryuta、Miura Yuichiro、Saito Masatoshi、Hanita Takushi、Matsuda Tadashi、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 67 ページ: 723～729
  • DOI: 10.1007/s12576-017-0565-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathology and molecular mechanisms of coarctation of the aorta and its association with the ductus arteriosus (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Utako、Ichikawa Yasuhiro、Minamisawa Susumu、Ishikawa Yoshihiro
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 67 ページ: 259～270
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0512-x
  • 査読あり
• [学会発表] Fabrication of scaffold-free human vascular graft by periodic hydrostatic pressurization (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, U., Saito, J., Ito, H., Tadokoro, T., Taniguchi, H., Kaneko, M. Ishikawa, Y.
  • 学会等名: The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 肺血管の発達と密接な関連を有する動脈管の発達 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 学会等名: 第２４回日本小児肺循環研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Tissue-type plasminogen activator contributes to remodeling of the ductus arteriosus (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito, J., Yokoyama, U. Ishikawa, Y.
  • 学会等名: The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
• [学会発表] Epac1 deficiency inhibits bFGF-induced neointimal formation via diminished phosphorylation of GSK3beta (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Yokoyama, U., Fujita, T., Kubota, T. Ishikawa, Y.
  • 学会等名: The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
• [学会発表] Molecular mechanisms of the ductus arteriosus (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, U
  • 学会等名: The 90th Scientific Session, American Heart Association
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New insights on how to treat patent ductus arteriosus (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, U
  • 学会等名: The 8th TAKAO International symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プロスタグランディンE受容体EP4による弾性線維形成と破壊のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、石渡遼、石川義弘.
  • 学会等名: 第４９回日本結合組織学会
  • 招待講演
• [学会発表] 動脈管の基礎研究から臨床へ (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、南沢享、石川義弘.
  • 学会等名: 第120回日本小児科学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] プロスタグランディンE受容体EP4による血管の分化と破壊のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 学会等名: 横浜市立大学生命医科学研究科連携セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 知っておきたい大動脈瘤の進行のしくみ～世界初の治療薬開発に向けて～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 学会等名: 第49回先端医科学研究センター市民講座
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Implantable Human Arterial Graft by Periodic Hydrostatic Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito, J., Yokoyama, U., Ito, H., Tadokoro, T., Sugo, Y., Kurasawa, K., Ogawa, M., Miyagi, E., Taniguchi, H., Kaneko, M. Ishikawa, Y.
  • 学会等名: The 8th TAKAO International symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Antenatal Administration of Betamethasone Contributes to Intimal thickening of the Ductus Arteriosus (2017)
  • 著者名/発表者名: Kemmotsu, T., Yokoyama, U., Azuma, S., Saito, J., Ito, S., Uozumi, A., Iwasaki, S., Nishimaki, S., Ito, S., Masuda, M., Asou, T.Ishikawa,
  • 学会等名: The 8th TAKAO International symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Prostaglandin E-EP4-mediated fibulin-1 up-regulation plays a role in intimal thickening of the ductus arteriosus (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Yokoyama, U., Saito, J., Masuda, M., Asou, T.Ishikawa, Y.
  • 学会等名: The 8th TAKAO International symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 母体ラットへのベタメタゾン投与が動脈管閉鎖に与える作用の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 釼持孝博、横山詩子、齋藤純一、魚住梓、岩崎志穂、西巻滋、伊藤秀一、石川義弘.
  • 学会等名: 第53回日本周産期・新生児医学会学術集会
• [学会発表] Fibulin-1 の動脈管内膜肥厚形成機序 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤智子、横山詩子、石川義弘.
  • 学会等名: 第53回日本周産期・新生児医学会学術集会
• [学会発表] 多胎妊娠では動脈管内膜肥厚が抑制される (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤智子、横山詩子、齋藤純一、佐藤信一、臼田治夫、渡邊真平、北西龍太、三浦雄一郎、埴田卓志、松田直、石川義弘.
  • 学会等名: 第62回日本新生児成育医学会学術集会
• [図書] ガイトン生理学 原著第13 版 第８４章：胎児と新生児の生理学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、齋藤純一
  • 総ページ数: 1100
  • 出版者: エルゼビア・ジャパン社
• [図書] ガイトン生理学 原著第13 版 第１５章：動脈系と静脈系の血管伸展性と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 総ページ数: 1100
  • 出版者: エルゼビア・ジャパン社
• [図書] ガイトン生理学 原著第13 版 第１４章：循環の概要；圧，流量，抵抗の生物物理学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 総ページ数: 1100
  • 出版者: エルゼビア・ジャパン社
• [図書] 新版 先天性心疾患を理解するための臨床心臓発生学 動脈管閉鎖の分子機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、南沢享
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: メジカルビュー社
• [図書] 新版 先天性心疾患を理解するための臨床心臓発生学 動脈管開存症 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、南沢享
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: メジカルビュー社
• [図書] 小児循環器学 動脈管作用薬 (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: 診断と治療社
• [備考] 横浜市立大学医学部循環制御医学
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seiri1/index.html