超高圧低酸素環境で細胞が生み出す機能性マトリクソームによる人工血管の開発

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21638
• 研究機関: 東京医科大学
• 研究代表者: 横山 詩子 東京医科大学, 医学部, 主任教授 (70404994)
• 研究分担者: 上野 高義 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (60437316) ; 金谷 知潤 大阪大学, 医学部附属病院, 特任助教 (50793262) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• 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

再生医療や組織工学の進歩により生体組織の代替材料の開発が進んでいるが、弾性や剛性といった高い力学的特性を求められる血管は生体材料で作製することは非常に困難である。すなわち、血管グラフトは再生医療では大きく取り残された領域である。臓器は多様な細胞外マトリクスの複合体（＝マトリクソーム）が適切に構築されて本来の機能を発揮することから、現在の人工血管は極めて非生理的であり、石灰化や成長に伴う狭窄など問題点が多い。また、異種脱細胞組織も細胞外マトリクス糖鎖の抗原性のため長期耐用性は無いことから、次世代人工血管が求められている。本研究は、超高圧低酸素培養法を用いてヒト由来細胞由来の細胞外マトリクスのみから構成される生理的な人工血管を作製し、大型動物でその耐用性・成長性を検討することを目的とした。
本年度は、ヒト血管平滑筋細胞の高圧力・低酸素感知機序の解明を目指して、加圧条件と酸素分圧を組み合わせた４通りの条件にてヒト臍帯動脈平滑筋細胞を培養しRNAseqを行った。さらに、この中で最も平滑筋細胞の積層率が良かった条件で１０層の細胞シートを作製し、応力ひずみ曲線を用いた解析を行った。破断応力が1000 mmHgを超える細胞シートが再現性良く作製できることが明らかとなった。この培養条件では、通常の大気圧培養に比べて４０余りの遺伝子が有意に増加することが分かった。これらの遺伝子の発現増加は、加圧によっても低酸素によっても認められたが、低酸素下で加圧すると相乗効果的に認められることが分かった。

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

ヒト血管平滑筋細胞の高圧力・低酸素感知機序の解明を目指した網羅的遺伝子解析を終えて標的分子を見出すことができた。さらに、血管シート作製条件を得ることができた。

今後の研究の推進方策

ヒト血管平滑筋細胞の高圧力・低酸素感知機序の解明をさらに行い、細胞シート内マトリクスの解析、大型動物への移植を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

加圧装置の購入のために前倒し請求を行ったが、最終的にコストを抑えることで前倒し請求分が一部残ったため。繰り越した分は当初の予定通り試薬や培養一式にかかる費用に充てる。

研究成果

• [雑誌論文] Scaffold-free tissue-engineered arterial grafts derived from human skeletal myoblasts. (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Yokoyama U, Nakamura T, Kanaya T, Ueno T, Naito Y, Takayama T, Kaneko M, Miyagawa S, Sawa Y, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Artif Organs 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/aor.13930
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 血管の分化発達, 病態と再生 (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 雑誌名: 東京医科大学雑誌 巻: 78 ページ: 8-15
• [雑誌論文] TRPM7 silencing attenuates Mg(2+) influx in cardiac myoblasts, H9c2 cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tashiro M, Konishi M, Kobayashi R, Inoue H, and Yokoyama U
  • 雑誌名: J Physiol Sci 巻: 70 ページ: 47
  • DOI: 10.1186/s12576-020-00772-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of Tissue-Type Plasminogen Activator in Remodeling of the Ductus Arteriosus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Ishikawa Y, and Yokoyama U
  • 雑誌名: Circ Rep 巻: 2 ページ: 211-217
  • DOI: 10.1253/circrep.CR-20-0015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Excessive EP4 Signaling in Smooth Muscle Cells Induces Abdominal Aortic Aneurysm by Amplifying Inflammation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiromi T, Yokoyama U, Kurotaki D, Mamun A, Ishiwata R, Ichikawa Y, Nishihara H, Umemura M, Fujita T, Yasuda S, Minami T, Goda M, Uchida K, Suzuki S, Takeuchi I, Masuda M, Breyer RM, Tamura T, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Arterioscler Thromb Vasc Biol 巻: 40 ページ: 1559-1573
  • DOI: 10.1161/ATVBAHA.120.314297
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fibulin-1 Integrates Subendothelial Extracellular Matrices and Contributes to Anatomical Closure of the Ductus Arteriosus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Yokoyama U, Nakakoji T, Cooley MA, Sasaki T, Hatano S, Kato Y, Saito J, Nicho N, Iwasaki S, Umemura M, Fujita T, Masuda M, Asou T, and Ishikawa Y
  • 雑誌名: Arterioscler Thromb Vasc Biol 巻: 40 ページ: 2212-2226
  • DOI: 10.1161/ATVBAHA.120.314729
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 大動脈・動脈管の発生とその異常 (2021)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子
  • 学会等名: 日本小児循環器学会・第12回教育セミナーAdvanced Course
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of tissue engineered blood vessel patch derived from umbilical smooth muscle cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima T, Yokoyama U, Yoda T, Nakamura T, Saito J, Miyagi E, and Ishikawa Y.
  • 学会等名: The 72nd Annual Congress of the Japan Society of Obstetrics and Gynecology.
• [学会発表] 血管平滑筋でのPGE2受容体EP4シグナルは免疫細胞浸潤、血管弾性線維修復機構の破綻を介し腹部大動脈瘤に関与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 廣見太郎, 横山詩子, 黒滝大翼, Mamun A, 竹内一郎, 益田宗孝, Breyer RM, 田村智彦, 石川義弘
  • 学会等名: 第185回東京医科大学医学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Prostaglandin E-EP4-mediated progression of aortic aneurysm. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Hiromi T, Takeuchi I, and Ishikawa Y
  • 学会等名: The 48th Annual Meeting of Japanese Society for Vascular Surgery
  • 招待講演
• [学会発表] Implantable tissue engineered blood vessels fabricated by periodic hydrostatic pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima T, Yokoyama U, Nakamura T, Saito J, Miyagi E, Ishikawa Y
  • 学会等名: NIPS International Meeting on Cardiovascular Physiology
  • 国際学会
• [学会発表] Three-dimensional multilayers of smooth muscle cells acquire arterial physiology. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanifuji S, Naito Y, Kojima T, Naruto T, Matsusaki M, and Yokoyama U
  • 学会等名: NIPS International Meeting on Cardiovascular Physiology
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いたプロスタグランディンE受容体EP4発現亢進機序の解明と腹部大動脈瘤の治療薬の探索. (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷藤章太, 川原玄理, 井上華, 林由起子, 横山詩子
  • 学会等名: 第185回東京医科大学医学会総会
• [学会発表] 臍帯平滑筋細胞を用いた血管グラフトパッチの作製. (2020)
  • 著者名/発表者名: 小嶋朋之, 横山詩子, 中村隆, 齋藤純一, 宮城悦子, 石川義弘
  • 学会等名: 第185回東京医科大学医学会総会
• [学会発表] 肺動脈性肺高血圧症における圧力のアポトーシスに及ぼす作用. (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥村祐輝, 加藤優子, 谷藤章太, and 横山詩子
  • 学会等名: 第186回東京医科大学医学会総会
• [学会発表] 低酸素下で周期加圧を加えた臍帯動脈平滑筋細胞の特性について (2020)
  • 著者名/発表者名: 小嶋朋之, 横山詩子, 中村隆, 齋藤純一, 宮城悦子, 石川義弘
  • 学会等名: 第186回東京医科大学医学会総会
• [学会発表] 肺動脈性高血圧症におけるNotch3シグナル関連遺伝子の検討. (2020)
  • 著者名/発表者名: 清水希来, 加藤優子, 谷藤章太, and 横山詩子
  • 学会等名: 第186回東京医科大学医学会総会
• [図書] 動脈管開存症 (2021)
  • 著者名/発表者名: 南沢享、横山詩子
  • 総ページ数: 323(229-230)
  • 出版者: メジカルビュー社
  • ISBN: 978-4-7583-1969-0
• [図書] 動脈管の発生から閉鎖およびその異常 (2021)
  • 著者名/発表者名: 横山詩子、南沢享
  • 総ページ数: 323(223-228)
  • 出版者: メジカルビュー社
  • ISBN: 978-4-7583-1969-0
• [図書] New insights on how to treat patent ductus arteriosus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama U, Aoki R, Fujita S, Iwasaki S, Seki K, Toshihide A, Masuda M, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • 総ページ数: 398(259-264)
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-1185-1
• [図書] Fabrication of implantable human arterial graft by periodic hydrostatic pressure. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito J, Yokoyama U, Takayama T, Ito H, Tadokoro T, Sugo Y, Kurasawa K, Ogawa M, Miyagi E, Taniguchi H, Kaneko M, Ishikawa Y.
  • 総ページ数: 398(289-291)
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-1185-1
• [図書] Antenatal administration of betamethasone contributes to intimal thickening of the ductus arteriosus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kemmotsu T, Yokoyama U, Saito J, Ito S, Uozumi A, Iwasaki S, Nishimaki S, Ito S, Masuda M, Asou T, Ishikawa Y.
  • 総ページ数: 398(265-266)
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-1185-1
• [図書] Prostaglandin E-EP4-mediated fibulin-1 up-regulation plays a role in intimal thickening of the ductus arteriosus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Yokoyama U, Saito J, Masuda M, Toshihide A, Ishikawa Y.
  • 総ページ数: 398(267-268)
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-1185-1
• [備考] 東京医科大学細胞生理学分野
  • URL: https://tokyo-med-physiology.jimdofree.com/