ヒト胎盤構造を有するオルガノイドの作製と胎盤バリア能評価系の構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K18936
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 梶 弘和 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70431525)
• 研究分担者: 堀 武志 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (30808829)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• キーワード: 生体模倣システム

研究実績の概要

本年度は、母体-胎児間で起きる物質移行の定量的な評価を可能にするために、主に平面状の胎盤オルガノイドの作製を試みた。昨年度に見出した球状の胎盤オルガノイドの培養条件をもとに、ガラス化コラーゲン膜上でヒト胎盤幹細胞を培養したところ、未分化のTS細胞の上にST細胞層がほぼ100%の被服率で形成されていることがわかった。平面状オルガノイドの切片観察、SEM観察から、オルガノイド表面に絨毛様構造が形成されていることを確認した。さらに、反対側のコラーゲン膜上に血管内皮細胞層を加えたバリアモデルも作製し、経上皮電気抵抗（TEER）を測定したところ、血管内皮細胞層が無しの場合と比較してTEER値が上昇しており、バリアの堅牢性が向上することがわかった。次にこのバリアモデルを用いて、胎盤透過性情報のあるモデル物質の透過性を調べた。母体血中から胎児血への移行率が高いことで知られているアンチピリン（解熱鎮痛薬）やカフェインはバリアを良く通過した。。一方で、グリホサート（除草剤）は比較的透過しなかった。胎盤透過性に関するこの傾向は、娩出されたヒト胎盤を用いたex vivo試験の結果と類似していた。
本研究で開発した胎盤オルガノイドは、ウイルスなどが胎盤に感染するメカニズムや妊娠高血圧症候群に関わる胎盤形成不全のメカニズムを解明する上で有用である。また、胎児への副作用を抑えた新しい医薬品の開発や、実験動物を使用しない医薬品安全性評価（動物実験代替法）の開発などにも応用可能である。

研究成果

• [雑誌論文] Modeling embryo-endometrial interface recapitulating human embryo implantation (2024)
  • 著者名/発表者名: Shibata Shun、Endo Shun、Nagai Luis A. E.、H. Kobayashi Eri、Oike Akira、Kobayashi Norio、Kitamura Akane、Hori Takeshi、Nashimoto Yuji、Nakato Ryuichiro、Hamada Hirotaka、Kaji Hirokazu、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Saito Masatoshi、Yaegashi Nobuo、Okae Hiroaki、Arima Takahiro
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 10 ページ: eadi4819
  • DOI: 10.1126/sciadv.adi4819
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trophoblast stem cell-based organoid models of the human placental barrier (2024)
  • 著者名/発表者名: Hori Takeshi、Okae Hiroaki、Shibata Shun、Kobayashi Norio、Kobayashi Eri H.、Oike Akira、Sekiya Asato、Arima Takahiro、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 962
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45279-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical evaluation and experimental validation of fluid flow behavior within an organ-on-a-chip model (2024)
  • 著者名/発表者名: Carvalho Violeta、Goncalves Ines M.、Rodrigues Nelson、Sousa Paulo、Pinto Vania、Minas Graca、Kaji Hirokazu、Shin Su Ryon、Rodrigues Raquel O.、Teixeira Senhorinha F.C.F.、Lima Rui A.
  • 雑誌名: Computer Methods and Programs in Biomedicine 巻: 243 ページ: 107883～107883
  • DOI: 10.1016/j.cmpb.2023.107883
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microfluidic vascular formation model for assessing angiogenic capacities of single islets (2023)
  • 著者名/発表者名: Nashimoto Yuji、Konno An、Imaizumi Takuto、Nishikawa Kaori、Ino Kosuke、Hori Takeshi、Kaji Hirokazu、Shintaku Hirofumi、Goto Masafumi、Shiku Hitoshi
  • 雑誌名: Biotechnology and Bioengineering 巻: 121 ページ: 1050～1059
  • DOI: 10.1002/bit.28631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3D Bioprinting tissue analogs: Current development and translational implications (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Suihong、Cheng Lijia、Liu Yakui、Zhang Haiguang、Song Yongteng、Park Jeong-Hui、Dashnyam Khandmaa、Lee Jung-Hwan、Khalak Fouad Al-Hakim、Riester Oliver、Shi Zheng、Ostrovidov Serge、Kaji Hirokazu、Deigner Hans-Peter、Pedraz Jos? Luis、Knowles Jonathan C、Hu Qingxi、Kim Hae-Won、Ramalingam Murugan
  • 雑誌名: Journal of Tissue Engineering 巻: 14 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1177/20417314231187113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecularly Imprinted Polymer-Based Sensors for the Detection of Skeletal- and Cardiac-Muscle-Related Analytes (2023)
  • 著者名/発表者名: Ostrovidov Serge、Ramalingam Murugan、Bae Hojae、Orive Gorka、Fujie Toshinori、Hori Takeshi、Nashimoto Yuji、Shi Xuetao、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Sensors 巻: 23 ページ: 5625～5625
  • DOI: 10.3390/s23125625
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mussel-inspired interfacial ultrathin films for cellular adhesion on the wrinkled surfaces of hydrophobic fluids (2023)
  • 著者名/発表者名: Abe Hiroya、Ina Tomoya、Kaji Hirokazu、Nishizawa Matsuhiko
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 55 ページ: 1231～1236
  • DOI: 10.1038/s41428-023-00799-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bioprinting and biomaterials for dental alveolar tissue regeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: Ostrovidov Serge、Ramalingam Murugan、Bae Hojae、Orive Gorka、Fujie Toshinori、Shi Xuetao、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 巻: 11 ページ: 991821
  • DOI: 10.3389/fbioe.2023.991821
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Minimally Invasive Sub-Retinal Transplantation of RPE-J Cells on a Biodegradable Composite PCL/Collagen Nanosheet (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Kazuya、Ostrovidov Serge、Raut Bibek、Hori Takeshi、Nashimoto Yuji、Nagai Nobuhiro、Abe Toshiaki、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Cell Transplantation 巻: 32 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1177/09636897231165117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of nanotechnology on conventional and artificial intelligence-based biosensing strategies for the detection of viruses (2023)
  • 著者名/発表者名: Ramalingam Murugan、Jaisankar Abinaya、Cheng Lijia、Krishnan Sasirekha、Lan Liang、Hassan Anwarul、Sasmazel Hilal Turkoglu、Kaji Hirokazu、Deigner Hans-Peter、Pedraz Jose Luis、Kim Hae-Won、Shi Zheng、Marrazza Giovanna
  • 雑誌名: Discover Nano 巻: 18 ページ: 58
  • DOI: 10.1186/s11671-023-03842-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional-printed Refillable Drug Delivery Device for Long-term Sustained Drug Delivery to Retina (2023)
  • 著者名/発表者名: Hori Takeshi、Ito Yuya、Raut Bibek、Ostrovidov Serge、Nashimoto Yuji、Nagai Nobuhiro、Abe Toshiaki、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 35 ページ: 1301～1301
  • DOI: 10.18494/SAM4167
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering Oral Microenvironments Using Microphysiological Systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Nashimoto Yuji、Hori Takeshi、Ostrovidov Serge、Katagiri Sayaka、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 35 ページ: 1293～1293
  • DOI: 10.18494/SAM4164
  • 査読あり
• [雑誌論文] A comparative study between a transscleral sustained-release device and eyedrops on intraocular distribution of carteolol hydrochloride (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashikawa Yoshiko、Kato Yuki、Kaji Hirokazu、Abe Toshiaki、Nagai Nobuhiro
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 9 ページ: e14392～e14392
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e14392
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Latest developments in engineered skeletal muscle tissues for drug discovery and development (2023)
  • 著者名/発表者名: Ostrovidov Serge、Ramalingam Murugan、Bae Hojae、Orive Gorka、Fujie Toshinori、Shi Xuetao、Kaji Hirokazu
  • 雑誌名: Expert Opinion on Drug Discovery 巻: 18 ページ: 47～63
  • DOI: 10.1080/17460441.2023.2160438
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Release of ranibizumab using a porous poly(dimethylsiloxane) capsule suppressed laser-induced choroidal neovascularization via the transscleral route (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagai Nobuhiro、Daigaku Reiko、Motoyama Remi、Kaji Hirokazu、Abe Toshiaki
  • 雑誌名: Journal of Materials Science: Materials in Medicine 巻: 34 ページ: 5
  • DOI: 10.1007/s10856-022-06705-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒト胎盤模倣システムの開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 梶 弘和
  • 学会等名: 「生殖発生毒性試験代替法の現状」シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling embryo-endometrial interface recapitulating human embryo implantation (2023)
  • 著者名/発表者名: Shun Shibata, Norio Kobayashi, Hiroaki Okae, Hirokazu Kaji, Mikita Suyama, Takahiro Arima
  • 学会等名: IHEC2023
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of PDMS modifications to achieve durable hydrophilic behavior for microphysiological systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Ines M. Goncalves, Daniela Loureiro, Diana Pinho, Takeshi Hori, Yuji Nashimoto, Ana Moita, Hirokazu Kaji, Graca Minas, Rui Lima
  • 学会等名: The 18th International Workshop on Biomaterials in Interface Science
  • 国際学会
• [学会発表] In vitro models for the human placental barrier (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Hori, Hiroaki Okae, Shun Shibata, Yuji Nashimoto, Takahiro Arima, Hirokazu Kaji
  • 学会等名: 2nd Microphysiological Systems World Summit
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time monitoring of the effects of vasculature in a tumor microenvironment (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuji Nashimoto, Kao Tsuchiya, Kazuki Takahashi, Takeshi Hori, Serge Ostrovidov, Shotaro Yoshida, Tetsuro Watabe, Hirokazu Kaji
  • 学会等名: 2nd Microphysiological Systems World Summit
  • 国際学会
• [学会発表] インサートカラム型血管網MPSの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀 武志, 安藤 萌, 山本 茜, 北野 勇, 石原甲平, 水田太郎, 吉田昭太郎, 梨本裕司, 梶 弘和
  • 学会等名: 日本動物実験代替法学会第36回大会
• [学会発表] ヒト胎盤オルガノイドの作製と病原体曝露の影響の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: JIANG BIN, 堀 武志, 岡江寛明, 大杉勇人, 片桐さやか, 梨本裕司, 有馬隆博, 梶 弘和
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第48回研究会
• [学会発表] マイクロ流体デバイスを用いたヒト胎盤モデルにおける灌流依存的細胞分化の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: リージアユンライアン, 堀 武志, 岡江寛明, 梨本裕司, 有馬隆博, 梶 弘和
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第48回研究会
• [学会発表] 内皮間葉移行on-a-chip確立に向けた形態・分子生物学的パラメータの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 土屋香碧, 梨本裕司, 堀 武志, 吉田昭太郎, 高橋和樹, 渡部徹郎, 梶 弘和
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第48回研究会
• [学会発表] 灌流可能な人工血管網を作製するためのカラム型デバイスの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安藤 萌, 堀 武志, 山本 茜, 北野 勇, 石原甲平, 水田太郎, 吉田昭太郎, 梨本裕司, 梶 弘和
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会第48回研究会
• [学会発表] ヒト栄養膜幹細胞を用いた三次元培養モデルの作製とその利用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀 武志, 岡江寛明, 有馬隆博, 梶 弘和
  • 学会等名: 第41回日本受精着床学会総会・学術講演会
• [学会発表] 内皮間葉移行を可視化する血管網プラットフォームの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 土屋香碧, 梨本裕司, 堀 武志, 吉田昭太郎, 高橋和樹, 渡部徹郎, 梶 弘和
  • 学会等名: 第35回バイオエンジニアリング講演会
• [学会発表] マイクロメッシュシートを利用した灌流可能な三次元血管網の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安藤 萌, 堀 武志, 山本 茜, 北野 勇, 石原甲平, 水田太郎, 吉田昭太郎, 梨本裕司, 梶 弘和
  • 学会等名: 第35回バイオエンジニアリング講演会
• [産業財産権] 胎盤細胞培養デバイス、３次元培養モデル、３次元培養モデルの作製方法および胎盤細胞の評価方法 (2023)
  • 発明者名: 堀 武志, 梶 弘和, 天野倉大成, 岡江寛明, 有馬隆博
  • 権利者名: 堀 武志, 梶 弘和, 天野倉大成, 岡江寛明, 有馬隆博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2023-525132
• [産業財産権] 人工脈管網の製造装置、製造キットおよび製造方法 (2023)
  • 発明者名: 堀 武志, 梶 弘和, 山本 茜, 北野 勇, 石原甲平
  • 権利者名: 堀 武志, 梶 弘和, 山本 茜, 北野 勇, 石原甲平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2023-68074
• [産業財産権] メッシュシートの製造方法、およびメッシュシート (2023)
  • 発明者名: 堀 武志, 梶 弘和, 吉田昭太郎, 許 家誠
  • 権利者名: 堀 武志, 梶 弘和, 吉田昭太郎, 許 家誠
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2023-70412