• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2012 年度 実施状況報告書

ナノセグメント固定化細胞培養基板の調製と幹細胞培養と分化制御

研究課題

研究課題/領域番号 24560968
研究種目

基盤研究(C)

研究機関独立行政法人国立成育医療研究センター

研究代表者

樋口 亜紺  独立行政法人国立成育医療研究センター, その他部局等, その他 (30189766)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード造血幹細胞 / 多能性幹細胞 / 弾性率 / バイオマテリアル / 細胞培養 / 再生医療 / ナノセグメント / 幹細胞
研究概要

幹細胞の未分化状態での保持、培養並びに適切な組織細胞への分化誘導は、幹細胞を用いる次世代の医療技術である再生医療に必須である。幹細胞の運命の制御は、幹細胞培養基板の物理的特性(剛性/弾性)並びに生物化学的特性(細胞接着部位ペプチドの種類並びに表面密度)に依存するが、これらの研究は個別に行なわれてきており、系統的な研究はなされてこなかった。本研究では、様々な剛性/弾性を有する基板を作成し、その基板上に細胞接着因子ペプチドあるいは細胞外マトリックス蛋白質(ECM)を固定化させた基板を調製した。これら固定化細胞培養基板上において、ES 細胞、iPS 細胞、造血幹細胞並びに間葉系幹細胞を培養して、未分化状態を維持する最適な基板、あるいは、適切な組織細胞(骨芽細胞、インスリン産生細胞等)への分化効率の高い最適な基板の剛性/弾性並びに最適な細胞接着因子ペプチドあるいはECM を判明させることを本研究の目的とした。
ポリビニルアルコール・イタコン酸(PVA-IA)架橋ゲルを調製した。様々な剛性 /弾性(stiffness)を有する細胞培養基板の調製は、架橋反応時間(15分、30分、1時間、2時間、4時間、8時間、12時間、24時間48時間)を制御することにより行う。調製されたPVA-IA細胞培養基板の剛性 /弾性は、原子間力顕微鏡を用いて計測した。
造血幹細胞を架橋ゲル上で培養を行ったところ、フィブロネクチン細胞結合部位であるCS-1を固定化させた比較的弾性の低いゲルにおいて、造血幹細胞の増殖が増大することを見出した。本研究の成果より、造血幹細胞増殖における培養基板の最適な弾性率を始めて世界に報告した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1)様々な弾性率を有し、かつ様々な細胞培養ドメイン(細胞外マトリックス、細胞結合部位オリゴペプチド)を表面修飾した細胞培養基板の開発を行うことができた。(2)造血幹細胞の増殖に最適な弾性率を有し、最適なナノセグメントを有するバイオマテリアルを開発することができた。(3)幹細胞の分化に最適な基板設計における物理因子の効果をまとめて、総説として発表することができた(A. Higuchi Q.-D. Ling, Y. Chang, S.-T. Hsu, A. Umezawa, Physical cues of biomaterials guide stem cell differentiation fate,, Chemical Reviews, 2013, in press. Impact Factor=40.2).(4)膜ろ過法による脂肪由来の幹細胞を純化する方法を開発することができた(A. Higuchi, A. Umezawa et al., The Isolation and Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells Using Membrane Filtration, Biomaterials, 33 (2012) 8228-8239).

今後の研究の推進方策

今後、(a) 様々な剛性 /弾性を有し、かつECM並びに細胞接着因子ペプチドが固定化された細胞培養基板の調製を行なう。細胞培養基板の剛性 /弾性は、原子間力顕微鏡により計測する。さらに、ナノセグメント固定化細胞培養基板上におけるiPS細胞並びにES細胞の培養を行う。
すなわち、ナノセグメント(ECM並びに細胞接着因子ペプチド)固定化細胞培養基板上でヒトES細胞(H9)並びにヒトiPS細胞(AH-1, 申請者が独自に脂肪由来幹細胞にretrovirusを用いてOct4, Sox2, c-Myc, Klf4遺伝子を注入して作成したセルライン化されたiPS細胞)をXeno-フリー培地[X-VIVO10培地(Lonza Walkersville製)+成長因子]中で培養する。7日おきに新しい細胞培養基板上に細胞の継体を行う。培地交換は毎日行い、半分の培地を新培地と交換する。5継体ごとに、ヒトES細胞(H9)並びにヒトiPS細胞(AH-1)の多分化能表面マーカー(Oct-3/4, Sox2, Nanog, SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-81, TRA-1-73)の発現性を免疫染色法並びにフローサイトメトリー法を用いて確認する。また、5継体ごとに、テラトーマ形成能を評価するとともに、三胚葉細胞への分化能力を確認する。いかなる剛性/弾性を有する細胞培養基板がヒトES細胞(H9)並びにヒトiPS細胞(AH-1)の培養に適しているか(多分化能を長期的に維持しているか)、さらには、いかなるECM並びに細胞接着因子ペプチドがヒトES細胞(H9)並びにヒトiPS細胞(AH-1)の培養に適しているかを評価する。

次年度の研究費の使用計画

間接費 39万円、物品費70万円、旅費60万円

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 2件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Physical cues of biomaterials guide stem cell differentiation fate2013

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Chemical Reviews

      巻: 113 ページ: 3297-3328

    • DOI

      10.1021/cr300426x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biofouling-resistance control of expanded poly(tetrafluoroethylene) membrane via atmospheric plasma-induced surface PEGylation2013

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 439 ページ: 48-57

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2013.03.041

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Drug-resistant colon cancer cells produce high carcinoembryonic antigen and might not be cancer-initiating cells, Drug Design2013

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Drug Design, Development and Therapy

      巻: 7 ページ: 70-80

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hemocompatibile Control of Sulfobetaine-Grafted Polypropylene Fibrous Membranes in Human Whole Blood via Plasma-Induced Surface Zwitterionization2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 28 ページ: 17733-17742

    • DOI

      10.1021/la3036902

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wnt signal pathway network genes expression in cell reprogramming and maintenance of pluripotency2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Journal of Tissue Engineering and Regerative Medicine

      巻: 6 ページ: 245-245

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Isolation and Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells Using Membrane Filtration2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 33 ページ: 8228-8239

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2012.08.027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biomimetic Cell Culture Proteins as Extracellular Matrices for Stem Cell Differentiation2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺、梅澤明弘
    • 雑誌名

      Chemical Reviews

      巻: 112 ページ: 4507-4540

    • DOI

      10.1021/cr3000169

    • 査読あり
  • [雑誌論文] PEGylation of anti-biofouling polysulfone membranes via liquid- and vapor-induced phase separation processing2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 403 ページ: 47-57

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2012.02.019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the surface density of nanosegments immobilized on culture dishes on ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells from umbilical cord blood2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Acta Biomaterialia

      巻: 8 ページ: 1749-1758

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2012.01.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bioadhesive Control of Plasma Proteins and Blood Cells from Umbilical Cord Blood onto the Interface Grafted with Zwitterionic Polymer Brushes2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 28 ページ: 4309-4317

    • DOI

      10.1021/la203504h

    • 査読あり
  • [学会発表] The isolation and differentiation of human adipose-derived stem cells using membrane filtration through surface-modified polyurethane membrane2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      The 12th Asian BioCeramics Symposinm (ABC-2012)
    • 発表場所
      Tainan, Taiwan
    • 年月日
      20121118-20121121
    • 招待講演
  • [学会発表] Stem cell fate of differentiation is determined by combination of elasticity of cell culture matrix and extracellular matrix grafted on the cell culture matrix2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      2012 International Symposium on Recent Advances in Stem Cells and Cancer
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      20121013-20121014
  • [学会発表] Drug Resistance Cells of Colon Cancer Cells Enhanced Production of Carcinoma Embrionic Antigen, But Are Not Cancer-Initiating Cells2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      2012 International Symposium on Recent Advances in Stem Cells and Cancer
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan,
    • 年月日
      20121013-20121014
  • [学会発表] Purification and Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells by Membrane Filtraion Method2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      2012 International Symposium on Recent Advances in Stem Cells and Cancer
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan,
    • 年月日
      20121013-20121014
  • [学会発表] Xeno-free preparation of iPS cells on synthetic dishes grafted with vitronectin2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      The New York Stem Cell Foundation’s Seven Annual Translational Stem Cell Research Conference
    • 発表場所
      New York, USA
    • 年月日
      20121010-20121011
  • [学会発表] Effect of the surface density of nanosegments immobilized on culture dishes on ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells from umbilical cord blood2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      Innovative Biotechnology for a green world and beyond (IBS2012)
    • 発表場所
      Daegu, Korea
    • 年月日
      20120916-20120921
    • 招待講演
  • [学会発表] Osteoblast differentiation of amniotic fluid-derived stem cells irradiated with visible light2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      3rd TERMIS World Congress 2012
    • 発表場所
      Vienna, Austria
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Effect of the surface density of nanosegments immobilized on culture dishes on ex vivo expansion2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      3rd TERMIS World Congress 2012
    • 発表場所
      Vienna, Austria
    • 年月日
      20120905-20120908
  • [学会発表] Drug resistance cells of colon cancer cell line enhanced production of carcinoma embryonic antigen, but are not cancer-initiating cells2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      2012 International Symposium of Materials on Regenerative Medicine (2012 ISOMRM)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20120829-20120831
  • [学会発表] Generation of Induced Pluripotent Stem Cells on Dishes Grafted with Vitronectin Segments under Feeder-layer Free Condition2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      2012 International Symposium of Materials on Regenerative Medicine (2012 ISOMRM)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20120829-20120831
  • [学会発表] Effect of the Surface Density of Nanosegments Immobilized on Culture Dishes on Ex Vivo Expansion of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells from Umbilical Cord Blood2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      ACS 244th National Meeting
    • 発表場所
      Philadelphia, USA
    • 年月日
      20120819-20120823
  • [学会発表] Purification and Differentiation of Adipose-derived Stem Cells Separated by A Membrane Filtration Method from Adipose Tissue2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      The 7th Conference of Aseanian Membrane Society (AMS7)
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120704-20120706
  • [学会発表] Effect of nanosegments on ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells cultured on surface having several nanosegments2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      10th Annual Meeting of International Society for Stem Cells (ISSCR)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120613-20120616
  • [学会発表] Effect of the surface density of nanosegments immobilized on culture dishes on ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells from umbilical cord blood2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      10th Annual Meeting of International Society for Stem Cells (ISSCR)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120613-20120616
  • [学会発表] Differentiation ability and pluripotency of amniotic fluid-derived stem cells cultured on extracellular matrix-immobilized surface2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      10th Annual Meeting of International Society for Stem Cells (ISSCR)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120613-20120616
  • [学会発表] Purification of human adipose tissue-derived stem cells by membrane filtration method2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      10th Annual Meeting of International Society for Stem Cells (ISSCR)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120613-20120616
  • [学会発表] Purification and depletion of cancer-initiating (cancer stem) cells cultured on biomaterials having nanosegments2012

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺
    • 学会等名
      10th Annual Meeting of International Society for Stem Cells (ISSCR)
    • 発表場所
      Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120613-20120616
  • [図書] Encyclopedia of Biomedical Polymers and Polymeric Biomaterials2014

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺 (Ed. M. Mishra)
    • 総ページ数
      400
    • 出版者
      Taylor & Francis
  • [図書] Springer-Verlag2013

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺(Eds. Robert H. Kretsinger, Vladimir N. Uversky, Eugene A. Permyakov)
    • 総ページ数
      400
    • 出版者
      Encyclopedia of metalloproteins
  • [図書] Wiley-Blackwell2013

    • 著者名/発表者名
      樋口亜紺(Ed. Eric M. Hoek)
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      Encyclopedia of Membrane Science and Technology

URL: 

公開日: 2014-07-24  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi