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2023 年度 実績報告書

心臓、脳、腎臓臓器チップによる虚血再灌流障害のメカニズム解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H04518
研究機関岡山大学

研究代表者

高橋 賢  岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (50432258)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード心筋梗塞 / 脳梗塞 / 腎臓移植 / 虚血再灌流障害 / 臓器チップ / 活性酸素種(ROS) / 一酸化窒素(NO)
研究実績の概要

2023年の研究において、血管内皮細胞、線維芽細胞、およびiPS細胞由来心筋細胞の共培養によるヒト心臓チップの開発を完了し、論文発表を行なった。また心臓チップの血管側チャネルへの培地の灌流速度が、血管内皮細胞の配向と血管透過性に影響を及ぼすことを明らかにした。これに関連し、マイクロ流体流路の形状、培地の灌流速度、および細胞培養表面の剪断応力の解析を、流体力学ソフトウエアOpenFOAMにより行なった(仏・Sorbonne大との共同研究)。
臓器チップ実験において、E社製マイクロ流体チップは臓器側・血管側の細胞が隔壁を通過して混ざり合う問題が発覚した。この問題を解決するため、3次元CADでマイクロ流体チップの設計を行い、3Dプリンターで造形を行なった。造形したチップ上で血管内皮細胞を培養し、共焦点顕微鏡により細胞の生着を確認した(タイ・Mahidol大との共同研究)。
腎臓の虚血再灌流障害の仕組みを調べるため、6 wellプレート上で培養した近位尿細管上皮細胞(RPTEC)と血管内皮細胞(HUVEC)に過酸化水素水(H2O2)を投与した。その結果、RPTECではH2O2濃度300μM以上でLDH上昇にて裏付けられる組織障害が見られたのに対し、HUVECでは見られなかった。
本研究で、ヒト心臓チップおよびヒト腎臓チップを開発し、TRPM4チャネルをCRISPR knockoutしたヒトiPS細胞株の作出に成功した。一方、これらを用いて虚血再灌流障害がTRPM4チャネルの活動により増悪することの証明については、達成にさらなる時間を要する結果となった。またヒト血液脳関門チップの開発は、その構成成分であるヒト星状細胞と周皮細胞の選定・入手を行なったが、これらを用いた血液脳関門モデルの開発は今後の課題となった。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 3件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Texas A&M University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Texas A&M University
  • [国際共同研究] National Nanotechnology Center (NANOTEC)/Mahidol University(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      National Nanotechnology Center (NANOTEC)/Mahidol University
  • [国際共同研究] Sorbonne University(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Sorbonne University
  • [雑誌論文] Effect of mechanical stretching stimulation on maturation of human iPS cell-derived cardiomyocytes co-cultured with human gingival fibroblasts2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Mengxue、Idei Harumi、Wang Chen、Liang Yin、Liu Yun、Matsuda Yusuke、Takahashi Ken、Kamioka Hiroshi、Naruse Keiji
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2023.12.15.567696

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a human heart-on-a-chip model using induced pluripotent stem cells, fibroblasts and endothelial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Liu Yun、Kamran Rumaisa、Han Xiaoxia、Wang Mengxue、Li Qiang、Lai Daoyue、Naruse Keiji、Takahashi Ken
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1101/2023.12.06.569751

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of lung tissue models and their applications2023

    • 著者名/発表者名
      Petpiroon Nalinrat、Netkueakul Woranan、Sukrak Kanokwan、Wang Chen、Liang Yin、Wang Mengxue、Liu Yun、Li Qiang、Kamran Rumaisa、Naruse Keiji、Aueviriyavit Sasitorn、Takahashi Ken
    • 雑誌名

      Life Sciences

      巻: 334 ページ: 122208~122208

    • DOI

      10.1016/j.lfs.2023.122208

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a lung fibrosis model using lung epithelial cells, fibroblasts, and vascular endothelial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Qiang Li, Yun Liu, Mengxue Wang, Yin Liang, Keiji Naruse, Ken Takahashi
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 73(S1) ページ: 166

    • DOI

      10.1186/s12576-023-00867-3

  • [雑誌論文] Facilitated differentiation of induced pluripotent stem cells into cardiomyocytes in a microfluidic chip2023

    • 著者名/発表者名
      Rumaisa Kamran, Yun Liu, Qiang Li, Keiji Naruse, Ken Takahashi
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 73(S1) ページ: 163

    • DOI

      10.1186/s12576-023-00867-3

  • [学会発表] 臓器チップ上の血管内皮細胞におけるメカニカルストレス誘発性一酸化窒素放出のライブイメージング系の開発2023

    • 著者名/発表者名
      李 強, 劉 雲, 王 夢雪, Rumaisa Kamran, 成瀬 恵治, 高橋 賢
    • 学会等名
      第17回 日本臨床ストレス応答学会大会
  • [学会発表] Development of a lung fibrosis model using lung epithelial cells, fibroblasts, and vascular endothelial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Qiang LI , Yun LIU, Mengxue WANG, Yin LIANG, Keiji NARUSE, Ken TAKAHASHI
    • 学会等名
      第75回 日本生理学会中国四国地方会
  • [学会発表] Development of disease models using organ-on-a-chip2023

    • 著者名/発表者名
      Ken Takahashi
    • 学会等名
      TAMU Cardiovascular Research Institute and JSPS Mini Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of an innovative drug testing system using human organ chips2023

    • 著者名/発表者名
      Ken Takahashi
    • 学会等名
      Research Studio 2023 Pitch Event
  • [学会発表] Microfluidic culture of highly barrier-functional endothelial cells: mimicking in vivo vascular environment for organ chip applications2023

    • 著者名/発表者名
      Xiaoxia Han, Yun Liu, Mengxue Wang, Rumaisa Kamran, Qiang Li, Daoyue Lai, Keiji Naruse, Ken Takahashi
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2023
  • [備考] ken-takahashi.net

    • URL

      https://ken-takahashi.net/category/research/

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公開日: 2024-12-25  

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