多能性幹細胞の自己組織化能の促進とアセンブルによる小脳オルガノイドモデルの創出

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H03812
• 研究機関: 関西医科大学
• 研究代表者: 六車 恵子 関西医科大学, 医学部, 教授 (30209978)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: オルガノイド / 小脳 / 自己組織化 / 多能性幹細胞 / 三次元培養 / タイムラプスイメージング / 神経回路 / 神経分化

研究実績の概要

脳オルガノイドは、iPS細胞など多能性幹細胞が自己組織的に三次元構造化した多細胞塊であり、発生過程を模倣した脳組織モデルとして、発生・進化などの学術研究から再生医療や病態研究などの応用研究まで幅広く活用されている。例えば、大脳オルガノイドでは神経発生で見られる神経上皮の形成、細胞分裂、細胞周囲に合わせた核移動（エレベーター運動）、inside-out様式の細胞移動、層特異的な分子マーカーの発現など、一連の経時的な素過程が再現され、大脳皮質特有の明瞭な層構造が再現される。しかしながら、小脳オルガノイドにおいてはそのような明瞭な層構造・組織形成がまだ不十分であり、現在の培養技術で再現できる構造は、胚子期後期相当の組織構築に留まる。これは層構造の形成過程が大脳と小脳では全く異なることに起因していると考えられる。大脳皮質では、相応増を担うほぼ全ての神経細胞が脳室帯から産生されるのに対し、小脳では異なる二つの胚芽層から生み出され、複雑な細胞移動を経て組織構築が成される。本課題では、多能性幹細胞の自己組織化能の誘導と細胞のアセンブルを組合わせ、より高度な小脳オルガノイドモデルを創出することを目指す。本年度は、分化培地の改良によりプルキンエ細胞に代表される脳室帯由来細胞の分化効率を既報の３倍以上に高めることに成功した。また、オルガノイドにアセンブルするための細胞を作成する方法を開発した。さらに、共焦点顕微鏡によるオルガノイドのライブイメージングにより、ここの細胞の挙動を定量的に解析する方法の開発に着手した。

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

オルガノイド作成効率を高めることに成功し、患者由来iPS細胞への展開を開始できている。また、アセンブルするための細胞の作成が順調に進み、オルガノイドのタイムラプスイメージングに着手することができたため。

今後の研究の推進方策

小脳オルガノイドのタイムラプスイメージング、カルシウムイメージングにより組織構築における細胞動態を定量的に解析する。改良した方法を疾患特異的iPS細胞に展開し、病態に関連する表現型を見出し、これを解析する。

研究成果

• [雑誌論文] 神経疾患の克服に向けたiPS細胞技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村俊哉, 六車恵子
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 158 ページ: 57-63
  • DOI: 10.1254/fpj.22084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differentiation of human induced pluripotent stem cells into hypothalamic vasopressin neurons with minimal exogenous signals and partial conversion to the naive state (2022)
  • 著者名/発表者名: 1.Ozaki H, Suga H, Sakakibara M, Soen M, Miyake N, Miwata T, Taga S, Nagai T, Kano M, Mitsumoto K, Miyata T, Kobayashi T, Sugiyama M, Onoue T, Takagi H, Hagiwara D, Iwama S, Banno R, Iguchi G, Takahashi Y, Tamada A, Muguruma K, Inoue H, Arima H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12(1) ページ: 17381
  • DOI: 10.1038/s41598-022-22405-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] オルガノイドで解き明かすヒト脳の神秘 (2022)
  • 著者名/発表者名: 六車恵子
  • 雑誌名: 週刊医学界新聞 巻: 3492 ページ: 5
• [雑誌論文] 脳オルガノイドを用いたヒト脳の発生・疾患の理解 (2022)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史, 木村俊哉, 次山ルシラ絵美子, 六車恵子
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 73(4) ページ: 343-347
• [学会発表] 多能性幹細胞を用いた脳発生・神経疾患研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 六車恵子
  • 学会等名: 第72回日本薬学会関西支部総会・大会
  • 招待講演