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2022 年度 実施状況報告書

セルロースとキチンのナノファイバーで制御する肝細胞の機能発現

研究課題

研究課題/領域番号 21K14890
研究機関九州大学

研究代表者

畠山 真由美  九州大学, 農学研究院, 助教 (20871437)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードセルロース / キチン / 細胞培養基材 / 肝細胞
研究実績の概要

現在、新規に開発される医薬品の肝毒性評価において、ヒト初代培養肝細胞が主に使用されているが、入手機会に限りがあることや、ロット差が大きいため安定した毒性評価が困難である。一方、ほぼ無限に増殖が可能なiPS細胞由来の肝細胞であれば、安定した細胞供給源となるが、薬物代謝酵素活性などの肝機能が初代培養の肝細胞と比べて低いことが課題となっている。そこで本研究では、林産系ナノ素材として注目されている樹木由来セルロースナノファイバーと水産資源のキチンナノファイバーの「固体糖鎖界面」と「ナノ繊維形状」を活かして、細胞間コミュニケーションの促進に着目した細胞培養基材を創出することで、iPS細胞由来肝細胞の機能を向上させることを目的としている。
本年度は、昨年度と同様に、ナノセルロースによる肝細胞の機能向上を目指して官能基や繊維長、結晶形の異なるさまざまなナノセルロースを使用して培養基材を作製した。作製した基材上に肝細胞のモデルとしてヒト肝ガン細胞(HepG2細胞)を播種し、肝機能に関連する遺伝子の発現解析を行った。その結果、セルロースナノファイバーを用いた基材で培養したHepG2細胞は、アルブミン遺伝子を高発現しており、培養日数を伸ばしても高い発現量を維持していた。
また、本年度は肝細胞の生育・肝機能を支えるための類洞内皮細胞のモデルとして臍帯内皮細胞の培養にも取り組んだ。セルロースやキチンのナノファイバーで作製した基材上で臍帯内皮細胞の培養を行ったところ、内皮細胞の接着を期待していたキチンナノファイバー単独の基材には、内皮細胞が接着しないことが明らかになった。化学修飾したセルロースナノファイバーと混合すると、良好な細胞接着性を示した。さらに、化学修飾セルロースナノファイバー基材上の内皮細胞は、肝細胞の生育を支える増殖因子の遺伝子を高発現している傾向が見られた。

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

昨年度に引き続き、ナノセルロース基材上で肝細胞を培養し、遺伝子発現挙動の解析から肝機能向上の可否について検討した。また、当初の予定通り、さまざまなナノセルロースやキチンで作製した基材を用いて内皮細胞を培養し、接着性や増殖性を確認するとともに、増殖因子の遺伝子発現量を評価することができたため、概ね順調に進展していると考えている。期待していたキチン系基材への内皮細胞の接着は困難であることが明らかになったものの、セルロース系の基材との混合により良好な接着性が確認され、さらに、化学修飾したセルロース基材上の内皮細胞では肝細胞の働きをサポートするための増殖因子の発現量が増える傾向を掴むことができた。また、次年度の研究を円滑に進めるための準備として、肝細胞と内皮細胞を共培養するための検討も進めている。

今後の研究の推進方策

令和4年度では、主に遺伝子発現挙動の解析に注力していたが、実際に肝細胞と内皮細胞間でやりとりを行うのは増殖因子(タンパク質)であるため、令和5年度ではELISAを用いて実際に細胞が分泌しているタンパク質の量に着目して検討を進める。また、フィルム状基材の上で行う2D培養だけでなく、スポンジ状の多孔質足場やゲル状足場を用いた3D培養も取り入れることで、スフェロイドサイズの制御や細胞塊内部への栄養・酸素供給の改善が期待されるため、基材形状についても検討を進めて肝機能のさらなる向上を目指す。肝細胞の働きを支える内皮細胞については、令和4年度は臍帯内皮細胞を内皮細胞のモデルとして使用していたが、令和5年度では実際の肝非実質細胞である類洞内皮細胞に変更して臍帯内皮細胞と同様の挙動を示すか確認し、肝細胞との共培養に用いる。そして、HepG2細胞からiPS細胞由来の肝細胞に切り替えて、薬物代謝酵素の活性や発現量解析などの肝機能の評価を行う。

次年度使用額が生じた理由

本年度は遺伝子発現解析に注力しており高価なELISAキットやその他試薬の購入が抑えられたことと、不死化された細胞株を細胞バンクから入手することができたため、細胞購入にかかる費用や特殊な培地の使用が抑えられたことから次年度使用額が生じたと考えている。次年度は、高価な細胞・培地の購入や、ELISAキット、特殊な培養容器等の購入を計画しているため、物品費に多くの費用が必要になると考えている。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Polysaccharide Nanofiber‐Stabilized Pickering Emulsion Microparticles Induce Pyroptotic Cell Death in Hepatocytes and Kupffer Cells2023

    • 著者名/発表者名
      Li Qi、Hatakeyama Mayumi、Kitaoka Takuya
    • 雑誌名

      Small

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/smll.202207433

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Preparation of spherical microparticles composed of cellulose nanofiber and cellulose diacetate via Pickering emulsion templating2023

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yuna、Fukuda Naoya、Ranaivoarimanana Naliharifetra Jessica、Hatakeyama Mayumi、Kitaoka Takuya
    • 雑誌名

      BioResources

      巻: 18 ページ: 1482~1492

    • DOI

      10.15376/biores.18.1.1482-1492

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] TEMPO酸化セルロースナノファイバー/キチンナノファイバー混合基材によるTLR2シグナル伝達の活性化2023

    • 著者名/発表者名
      畑瀬莉沙、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] 構造多糖ナノファイバー基材におけるXeno-freeを志向した間葉系幹細胞の培養2023

    • 著者名/発表者名
      甲斐理智、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] 表面リン酸化セルロースナノファイバー基材における骨芽細胞の分化誘導制御2023

    • 著者名/発表者名
      劉啓美、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] 生体酸性基導入セルロースナノファイバー基材上での神経系モデル細胞の分化挙動2023

    • 著者名/発表者名
      原田容子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] 造血幹細胞の微小環境模倣を志向したTEMPO酸化ナノセルロースゲル基材の弾性制御2023

    • 著者名/発表者名
      高田美子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] Inflammatory response of polysaccharide nanofiber-stabilized Pickering emulsion for liver context2023

    • 著者名/発表者名
      Qi Li, Mayumi Hatakeyama, Takuya Kitaoka
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
  • [学会発表] 構造多糖ナノファイバー混合基材における動物細胞培養と機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      野田朋佳、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      繊維学会2022年次大会
  • [学会発表] 硫酸化ナノセルロース薄膜上での神経系モデル細胞の増殖・分化挙動2022

    • 著者名/発表者名
      原田容子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      繊維学会2022年次大会
  • [学会発表] リン酸化セルロースナノファイバー基材における動物細胞の培養挙動2022

    • 著者名/発表者名
      劉啓美、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      繊維学会2022年次大会
  • [学会発表] TEMPO酸化ナノセルロースゲル基材による造血幹細胞のニッチ環境の模倣2022

    • 著者名/発表者名
      高田美子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      繊維学会2022年次大会
  • [学会発表] ナノセルロース薄膜上における肝ガン細胞の形態および機能変化2022

    • 著者名/発表者名
      畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第89回紙パルプ研究発表会
  • [学会発表] Bioadaptive porous 3D-foam scaffolds comprising cellulose and chitosan nanofibers constructed by Pickering emulsion templating2022

    • 著者名/発表者名
      Qi Li, Mayumi Hatakeyama, Takuya Kitaoka
    • 学会等名
      セルロース学会第29回年次大会
  • [学会発表] 異なる生体酸性基を導入したナノセルロース混合基材上での動物細胞の増殖・分化挙動2022

    • 著者名/発表者名
      原田容子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      セルロース学会第29回年次大会
  • [学会発表] 表面リン酸化セルロースナノファイバー基材における骨芽細胞の増殖・分化挙動2022

    • 著者名/発表者名
      劉啓美、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      セルロース学会第29回年次大会
  • [学会発表] 造血幹細胞の微小環境模倣に向けたナノセルロースゲル基材の弾性制御2022

    • 著者名/発表者名
      高田美子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      セルロース学会第29回年次大会
  • [学会発表] 表面リン酸化セルロースナノファイバー基材上での骨芽細胞の増殖・分化挙動2022

    • 著者名/発表者名
      劉啓美、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 生体酸性基を導入したナノセルロース基材上での神経系モデル細胞の増殖・分化挙動2022

    • 著者名/発表者名
      原田容子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] ナノセルロースゲル基材の弾性制御による造血幹細胞の微小環境模倣2022

    • 著者名/発表者名
      高田美子、畠山真由美、北岡卓也
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] Inflammatory Response of Nanofiber-stabilized Pickering Emulsion and its Application as 3D Porous Scaffolds for Liver Context2022

    • 著者名/発表者名
      Qi Li, Mayumi Hatakeyama, Takuya Kitaoka
    • 学会等名
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
  • [備考] 生物資源化学研究室ホームページ

    • URL

      https://bm.wood.agr.kyushu-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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