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2018 年度 実績報告書

ヒトiPS細胞を利用した次世代栄養環境リスク評価系の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H02154
研究機関東京工業大学

研究代表者

白木 伸明  東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (70448520)

研究分担者 賈 慧娟  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (60456324)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードiPS / DOHaD / アミノ酸 / 膵臓 / マウス
研究実績の概要

本研究では、胎生期の栄養環境変化が出生後の臓器機能に与える影響を簡便に評価できるヒトiPS細胞in vitro系を構築して、得られた知見についてマウスを用いたin vivo系で検証することを目的とした。研究初年度はin vitroおよびin vivoにおける実験系の構築を行った。
ヒトiPS細胞を用いたin vitro評価系は新規の生体環境擬似培地を用いるものへと改良し、一過性のアミノ酸の不足が成熟後の膵臓機能に与える影響を評価した。改良した分化誘導法については特許出願を予定している。細胞機能の評価についてはPCRアレイを用いた遺伝子発現解析・免疫細胞化学的解析・インスリン分泌試験を行い、処理の影響を判断した。刺激を与える時期としては①内胚葉分化・②膵臓前駆細胞分化・③内分泌前駆細胞分化・④膵臓β細胞分化の4時期を想定していたが、まずは全期間において含有アミノ酸濃度を生体環境擬似培地の60%および40%に低下させた場合の変化を検討した。遺伝子発現の結果では細胞分化誘導効率への変化は軽微であるが、全体の細胞数がアミノ酸濃度に依存して減少することが示唆された。機能面に対する評価に関しては現在検討中である。
妊娠マウスを用いたin vivo評価については予備検討で膵臓への影響が示唆されている③内分泌前駆細胞分化におけるメチオニン欠乏をマウスで検証した。マウスにおいて内分泌前駆細胞が分化する胎生11.5から13.5日齢に特別食を与え、胎生13.5日齢および出生直後における膵臓の評価を行った。評価としては免疫組織化学的解析および遺伝子発現解析を現在行っている。膵臓の評価に関しては研究代表者の白木らと協力して検討を進めている。

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

研究初年度はin vitroおよびin vivoにおける実験系の構築を目的に検討を行ったが、in vitro評価に関しては生体環境擬似培地を用いた新規の膵臓分化誘導方法の構築に成功し、構築した分化系を用いて低栄養暴露実験を行い、膵臓発生分化におけるアミノ酸の影響について評価できた。遺伝子発現解析や細胞数の検証から分化誘導過程におけるアミノ酸濃度を60%まで低下させることで膵臓β細胞の減少が起こることを実証できた。機能面に関する評価は検討中であるが、当初予定した検討を十分に行えた。また、in vivo評価においても妊娠マウスを用いて内分泌前駆細胞分化におけるメチオニン欠乏を検証することに成功した。遺伝子発現解析や免疫染色については研究代表者との連携を取り進めており、問題なく研究が遂行出来ている。

今後の研究の推進方策

ヒトiPS細胞in vitro系(白木)
in vitro評価系は新規の生体環境擬似培地を用いるものへと改良することで評価精度を高め、一過性のアミノ酸や微量元素の過不足が成熟後の膵臓機能に与える影響を網羅的に評価する。細胞機能の評価については遺伝子発現解析・免疫細胞化学的解析・インスリン分泌試験を行い、処理の影響を判断する。前年度に引き続き、評価を行うがアミノ酸に関してはメチオニンおよびスレオニン、微量元素に関しては亜鉛を評価対象とする。in vitro系を用いたリスク評価を継続し、ヒト胎生期の至適栄養因子パネルを作成する。
妊娠マウスを用いたin vivo評価(賈)
・初年度に白木班において膵臓発生分化に影響を与えるものとして新たに見出された栄養因子について、初年度同様の評価項目で膵臓機能に与える影響を評価する。
・in vitro分化誘導時の栄養不足および過剰に加えて、成熟後における高栄養負荷時を行った場合でのみ膵臓機能に影響が起こった場合は、出生仔マウスに対して高脂肪食(HFD)処理を行い7週齢目に初年度同様の評価を行い、in vivoでも同様に悪影響が惹起されるかを検証する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Induced Pluripotent Stem Cell Elimination in a Cell Sheet by Methionine-Free and 42°C Condition for Tumor Prevention.2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuura K, Ito K, Shiraki N, Kume S, Hagiwara N, Shimizu T
    • 雑誌名

      Tissue Eng Part C Methods.

      巻: 10 ページ: 605-615

    • DOI

      10.1089/ten.TEC.2018.0228.

    • 査読あり
  • [学会発表] メチオニン除去培地とコラーゲンビトリゲル薄膜を用いて分化誘導したヒト iPS 細胞由来肝臓細胞を利用した薬物毒性試験系の構築2019

    • 著者名/発表者名
      柴田 伊真・下道 隆広・渡邊 輝彦・山口 宏之・白木 伸明・粂 昭苑
    • 学会等名
      細胞アッセイ研究会
  • [学会発表] 二臓器連結モデル型 Microphysiological System を用いた新鮮ヒト肝細胞とヒト iPS 細胞由来腸管上皮細胞の灌流共培養2019

    • 著者名/発表者名
      小田 雄一・篠原 満利恵・飯生 啓太・新谷 華梨・進 和美・佐藤 琢・荒川 大・白木 伸明・立野 知世・杉浦 慎治・粂 昭苑・加藤 将夫・金森 敏幸・木村 啓志・酒井 康行
    • 学会等名
      細胞アッセイ研究会
  • [学会発表] Methionine metabolism regulates ESCs/iPSCs Differentiation2018

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Shiraki
    • 学会等名
      APNNO 2018 Biennial Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多能性幹細胞の未分化維持や分化におけるアミノ酸の役割の解明2018

    • 著者名/発表者名
      白木伸明
    • 学会等名
      日本アミノ酸学会第12回学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] メチオニン除去培養によるヒトiPS細胞分化促進の機序解明2018

    • 著者名/発表者名
      日比 滉大、秋山 智彦、洪実、白木 伸明、粂 昭苑
    • 学会等名
      第41回 日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 二臓器連結ー圧力駆動型Microphysiological Systemを用いたヒト肝細胞とヒトiPS細胞由来腸管上皮細胞のリアルタイム灌流共培養2018

    • 著者名/発表者名
      小田 雄一・篠原 満利恵・飯生 啓太・新谷 華梨・進 和美・佐藤 琢・荒川 大・白木 伸明・立野 知世・杉浦 慎治・粂 昭苑・加藤 将夫・金森 敏幸・木村 啓志・酒井 康行
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会第31回大会
  • [学会発表] Insulin supplement is essential in differentiating human induced pluripotent stem cells into pancreatic beta cells2018

    • 著者名/発表者名
      Erinn Sim Zixuan, Nobuaki Shiraki, Shoen Kume
    • 学会等名
      AOCE 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒトiPS細胞から機能的な小腸吸収上皮細胞への新規分化誘導系の構築2018

    • 著者名/発表者名
      本荘 貴之, 飯生 啓太, 前田 和哉, 渡邊 輝彦, 石川 晶也 , 楠原 洋之, 白木 伸明 , 粂 昭苑
    • 学会等名
      第41回 日本分子生物学会年会

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公開日: 2021-01-27  

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