小腸上皮オルガノイドにより創出した移植グラフトの機能解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03746
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 杉本 真也 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (20626387)
• 研究分担者: 小林 英司 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任教授 (00245044) ; 袴田 陽二 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 教授 (00218380)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: オルガノイド / 細胞移植 / 体性幹細胞 / 小腸疾患

研究実績の概要

本研究では，大腸上皮を剥がし，小腸上皮オルガノイドにより上皮を置換することで小腸上皮化した大腸グラフトを創出するという新しい治療戦略の提案を目的とした．
免疫不全マウスの大腸にヒト小腸上皮オルガノイドを移植すると，Sucrase-isomaltaseなどの小腸に特異的なマーカーの発現や微絨毛の形成に加え，小腸に特有の構造であるLYVE-1陽性の乳び管様構造が形成された．一方で，絨毛の形成は本来の小腸に比べると未熟であった．なお、これらの変化は大腸オルガノイド移植では認められなかった．
より機能的な小腸上皮化グラフトとするため，本来の小腸の部位への移植を試みることとした．手術に適した動物モデルとしてラットを用い，ルシフェラーゼ遺伝子を発現するトランスジェニックラット由来の小腸上皮オルガノイドを同系移植細胞とする移植実験を行った．EDTAによる粘膜剥離と手術の組み合わせにより，ラット大腸上皮の剥離が可能となり，様々な最適化によってラット大腸上皮を小腸上皮オルガノイドで置換することに成功した．回腸オルガノイド移植により，大量に小腸切除したラットにおける生存期間延長という移植効果が得られ，グラフトの機能性が示された．さらに，回腸オルガノイドを移植した組織では蛍光コレステロールの吸収能を有し，形成された乳び管にコレステロールの取り込みが確認された（Sugimoto S et al. Nature 2021）．

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

本研究では，ヒトおよびラットのオルガノイドを用いた，大腸への小腸オルガノイド移植によって小腸上皮化した大腸グラフトの創出に成功した．さらに，オルガノイドを細胞治療に用いる小動物における概念実証に成功した．研究は順調な進展をみせている．

今後の研究の推進方策

これまでに構築したモデルをさらに改善し，小腸上皮化した大腸グラフトの機能解析を継続する．移植される場である大腸と，移植細胞の小腸の双方の細胞を用いた多角的な機能解析を行っていく．

研究成果

• [雑誌論文] Wnt Signaling Shapes the Histologic Variation in Diffuse Gastric Cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Togasaki, Shinya Sugimoto, Yuki Ohta, Kosaku Nanki, Mami Matano, Sirirat Takahashi, Masayuki Fujii, Takanori Kanai, Toshiro Sato
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: 160 ページ: 823～830
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2020.10.047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An organoid-based organ-repurposing approach to treat short bowel syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinya Sugimoto, Eiji Kobayashi, Masayuki Fujii, Yuki Ohta, Kazuya Arai, Mami Matano, Keiko Ishikawa, Kentaro Miyamoto, Kohta Toshimitsu, Sirirat Takahashi, Kosaku Nanki, Yoji Hakamata, Takanori Kanai, Toshiro Sato
  • 雑誌名: Nature 巻: 592 ページ: 99～104
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03247-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mucosal concentrations of N‐acetyl‐5‐aminosalicylic acid related to endoscopic activity in ulcerative colitis patients with mesalamine (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Fukuda, Makoto Naganuma, Kaoru Takabayashi, Yuya Hagihara, Shun Tanemoto, Ena Nomura, Yusuke Yoshimatsu, Shinya Sugimoto, Kosaku Nanki, Shinta Mizuno, Yohei Mikami, Kayoko Fukuhara, Tomohisa Sujino, Makoto Mutaguchi, Nagamu Inoue, Haruhiko Ogata, Yasushi Iwao, Takayuki Abe, Takanori Kanai
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology and Hepatology 巻: 35 ページ: 1878～1885
  • DOI: 10.1111/jgh.15059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Organoid Derivation and Orthotopic Xenotransplantation for Studying Human Intestinal Stem Cell Dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinya Sugimoto, Masayuki Fujii, Toshiro Sato
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2171 ページ: 303～320
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0747-3_21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Linking human intestinal scaffolds and organoids to combat intestinal failure (2020)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujii, Shinya Sugimoto, Toshiro Sato
  • 雑誌名: Nature Medicine 巻: 26 ページ: 1517～1518
  • DOI: 10.1038/s41591-020-1096-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Organoid Biobank of Neuroendocrine Neoplasms Enables Genotype-Phenotype Mapping (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenta Kawasaki, Kohta Toshimitsu, Mami Matano, Masashi Fujita, Masayuki Fujii, Kazuhiro Togasaki, Toshiki Ebisudani, Mariko Shimokawa, Ai Takano, Sirirat Takahashi, Yuki Ohta, Kosaku Nanki, Ryo Igarashi, Kazuhiro Ishimaru, Hiroki Ishida, Yasutaka Sukawa, Shinya Sugimoto, Yoshimasa Saito, Kazuhiro Maejima, et al.
  • 雑誌名: Cell 巻: 183 ページ: 1420～1435.e21
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.10.023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 【消化管症候群(第3版)-その他の消化管疾患を含めて-】空腸、回腸、盲腸、結腸、直腸(上) 炎症性疾患 炎症性腸疾患 総論 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉本 真也, 金井 隆典
  • 雑誌名: 日本臨床 巻: 消化管症候群III ページ: 113～116
• [雑誌論文] -薬剤関連消化管病変の臨床的特徴- 青黛による虚血性腸病変 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉本 真也, 長沼 誠, 福田 知広, 吉松 裕介, 緒方 晴彦, 岩男 泰, 金井 隆典
  • 雑誌名: 胃と腸 巻: 55 ページ: 908～915
• [学会発表] 腸管オルガノイドによる上皮置換戦略に基づく再生医療 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉本真也
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] オルガノイドを用いた短腸症候群治療アプローチの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉本真也
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 自己残存小腸から作るハイブリット再生小腸グラフトの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉本真也
  • 学会等名: 第33回日本腸管リハビリテーション・小腸移植研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 短腸症候群に対するオルガノイドによる臓器リモデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉本真也、小林英司、袴田陽二、金井隆典、佐藤俊朗
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演