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2021 年度 実績報告書

腎臓、尿管、膀胱を含む尿路系組織のインビトロ一体構築

研究課題

研究課題/領域番号 21H03801
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

高里 実  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40788676)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード膀胱 / オルガノイド / 尿路系 / ヒトiPS細胞 / 総排泄腔 / 腎臓 / 尿管
研究実績の概要

本研究計画では、ヒトiPS細胞を分化させ、腎臓・尿管・膀胱が一体となった尿路系の完全構築を目指す。そのために以下の2つの研究目標を遂行する。
目標1:申請者が既に作成に成功している腎臓前駆細胞に加え、新たに尿管上皮、膀胱上皮、膀胱周辺間葉の前駆細胞をヒトiPS細胞から分化誘導する系を確立する。
目標2:目標1で作成した4種の前駆細胞群を三次元的に組み合わせ、in vitroで尿路系の原基を自己組織化させる。

今年度は主に目標1に関しての研究を遂行した。目標1に関して:膀胱上皮は総排泄腔という、後腸の最尾部の腹側に位置する上皮組織から発生する。従って、膀胱上皮を誘導するためには、エピブラストに近い性質を持つヒトiPS細胞を胚体内胚葉に分化させると同時に、腸管の後方化と腹側化を進行させる必要がある。今年度は、この内胚葉化、腸管化、後方化、腹側化の誘導条件を確定し、総排泄腔上皮細胞の作製に成功した。具体的には、ヒトiPS細胞をアクチビンにより胚体内胚葉に分化させた後に、後方化因子FGF4/WNTにより後腸化し、腹側化因子により総排泄腔の上皮(P63陽性、FOXA2陽性)を誘導した。さらに、膀胱上皮周辺の中胚葉系間葉細胞の誘導に関しては、ヒトiPS細胞から膀胱周辺間葉細胞(GLI1, PTCH1, BMP4, BMP7, RALDH2陽性)の誘導を行った。

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

当初の目標通り、膀胱上皮、および膀胱周辺の間葉細胞の誘導を行った。

今後の研究の推進方策

総排泄腔上皮細胞と膀胱周辺間葉細胞を相互作用させることで、膀胱オルガノイドを作製する。具体的には、回転培養法やマトリジェル内部での三次元培養法を検討し、特に3層上皮構造(UPK陽性の表層、P63陽性の中間層、CK5陽性の基底層)が形成されるかを評価する。膀胱オルガノイドを作製することで、誘導した総排泄腔上皮細胞と膀胱周辺間葉細胞が、尿路系原基を構築するに十分な自己組織化能力を有することを遡及的に証明する。また、作成した膀胱オルガノイドが実際の膀胱と近いものかを評価するために、RNA-seq解析を行いマウス胎仔やヒト胎児のトランスクリプトームデータセットと比較する。また、胎生9.5から10.5日目のマウスの腎臓原基と膀胱原基を含む本物の尿路系領域を組織培養することで、自己組織化による尿路系原基の発達に十分な培養条件を決める。細胞死、増殖率、組織構造の観点から培養条件を評価する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 膀胱上皮細胞の分化誘導と膀胱オルガノイド研究2021

    • 著者名/発表者名
      尾藤和浩、髙里実
    • 雑誌名

      臨床免疫・アレルギー科

      巻: 76(5) ページ: 485-490

  • [雑誌論文] 1細胞解析がもたらす新しい腎臓研究 ―1細胞RNA-seqの原理―2021

    • 著者名/発表者名
      髙里実
    • 雑誌名

      腎と透析

      巻: 91(5) ページ: 901-905

  • [雑誌論文] オルガノイド研究を支える発生パターニング2021

    • 著者名/発表者名
      髙里実
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 39(18) ページ: 2848-2854

  • [雑誌論文] Perspective: Extending the Utility of Three-Dimensional Organoids by Tissue Clearing Technologies2021

    • 著者名/発表者名
      Susaki EA, Takasato M
    • 雑誌名

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      巻: 9 ページ: 1-12

    • DOI

      10.3389/fcell.2021.679226

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reprogramming epiblast stem cells into pre-implantation blastocyst cell-like cells2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoda K, Hu H, Sahara Y, Sanyal H, Takasato M, Kime C
    • 雑誌名

      Stem Cell Reports

      巻: 16(5) ページ: 1197-1209

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2021.03.016

    • 査読あり
  • [学会発表] ヒト多能性幹細胞から誘導する尿路系周辺臓器オルガノイド2021

    • 著者名/発表者名
      高里 実
    • 学会等名
      第42回日本炎症・再生医学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Understanding the cell origin and developmental signals during mammalian bladder development.2021

    • 著者名/発表者名
      Filip J. Wymeersch, Yukari Usuda, Minoru Takasato
    • 学会等名
      第 44 回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Generation of self-organizing Wolffian duct-like tubes from human pluripotent stem cells for recapitulating the human kidney development in vitro.2021

    • 著者名/発表者名
      Junichi Taniguchi, Minoru Takasato
    • 学会等名
      第 44 回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] Recapitulating ventral hindgut development generates bladder organoids from human pluripotent stem cells2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Ofuji, Filip J. Wymeersch, Minoru Takasato
    • 学会等名
      RIKEN BDR Symposium 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Induction of 3D bladder epithelial wall using support from splanchnic mesoderm2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Takasato
    • 学会等名
      The 51st Frontiers in Epithelial Cell Biology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヒト iPS 細胞から作製する3次元尿路系オルガノイド2021

    • 著者名/発表者名
      高里 実
    • 学会等名
      第24回日本異種移植研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Generating bladder organoids from human pluripotent stem cells2021

    • 著者名/発表者名
      Minoru Takasato
    • 学会等名
      2022 Frontiers in Stem Cell & Organoid Medicine Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 実験医学 ヒト発生に挑むオルガノイド パターニングの原理から創出する複雑な三次元組織2021

    • 著者名/発表者名
      高里 実
    • 総ページ数
      129
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      978-4-7581-2549-9
  • [産業財産権] 膀胱オルガノイド及びその製造方法2021

    • 発明者名
      高里実、尾藤和浩、ウェーミッシュ フィリップ ジョス
    • 権利者名
      高里実、尾藤和浩、ウェーミッシュ フィリップ ジョス
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      WO2022025269A1

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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