大動物を用いた腸管上皮幹細胞の移植技術確立

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25670372
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 佐藤 俊朗 慶應義塾大学, 医学部, 特任准教授 (70365245)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: オルガノイド / 粘膜再生治療 / 炎症性腸疾患

研究概要

近年の免疫統御療法の進歩により，炎症性腸疾患の治療制御が向上している．現在，より長い寛解導入を目指した粘膜治癒が治療目標となっているが，損傷した上皮細胞を再生する治療法の開発には課題が多い．我々は，腸管上皮幹細胞を体外で培養するオルガノイド培養技術を開発し，ヒト炎症性腸疾患の治療を視野に入れた粘膜再生治療技術の創出に取り組んでいる．マウス腸炎モデルにおいてGFP標識腸管上皮オルガノイドを経肛門的に投与し，GFPを発現する生着腸管上皮と腸炎の臨床症状の改善が観察された（Yui S et al. Nature Mecicine）. しかしながら，マウスと異なり，ヒト炎症性腸疾患では内視鏡的投与による再生治療の実現性が高いと考えられる．本研究では前臨床試験として，大動物を用いた内視鏡的なオルガノイドのデリバリー技術を目指す．ブタ腸管粘膜より採取した腸管上皮は我々の開発した培養プロトコール(Sato T et al. Nature 2009, Sato T et al. Gastroenterology 2011)の改変によりオルガノイドを培養し，永続的な増殖に成功した．また，オルガノイドをGFP標識し，内視鏡的な観察に成功した．内視鏡的粘膜切除法を用いて潰瘍を人工的に作成し，オルガノイド投与を行ったが，潰瘍時に形成される白苔と著明な炎症反応により生着は困難であった．現在，別の方法により，ブタ腸管粘膜に炎症性腸疾患粘膜を擬似化する粘膜損傷モデルを構築している．

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

本研究ではブタ腸管上皮からのオルガノイド培養を確立した．また，採取から移植投与までの過程を内視鏡を用いて行うことに成功した．ブタなどの大動物はマウスなどの小動物と異なり，同時に多条件の検討をすることが困難であるが，これまでの培養技術開発のノウハウと施設内での内視鏡検査設備を最大限に利用することにより順調に研究を進めることができた．

今後の研究の推進方策

最も困難なステップである，投与オルガノイドの生着の成功を目指す．ブタは免疫不全動物を用いることができないため，また，臨床応用を視野に入れ，自家移植を行っている．移植のための粘膜損傷方法の改善と移植オルガノイドの投与方法を工夫をすることにより，年度内での成功を目指す．

研究成果

• [雑誌論文] KLF5 regulates the integrity and oncogenicity of intestinal stem cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakaya T, Ogawa S, Manabe I, Tanaka M, Sanada M, Sato T, Taketo MM, Nakao K, Clevers H, Fukayama M, Kuroda M, Nagai R.
  • 雑誌名: Cancer Res 巻: in press ページ: in press
  • DOI: PMID:24626089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macrophages and Dendritic Cells Emerge in the Liver during Intestinal Inflammation and Predispose the Liver to Inflammation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikami Y, Mizuno S, Nakamoto N, Hayashi A, Sujino T, Sato T, Kamada N, Matsuoka K, Hisamatsu T, Ebinuma H, Hibi T, Yoshimura A, Kanai T.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 ページ: e84619
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0084619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of gastro-intestinal epithelia-organoids. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mahe MM, Aihara E, Sato T, Shroyer NF.
  • 雑誌名: Current Protocols in Molecular Biology 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unlimited in vitro expansion of adult bi-potent pancreas progenitors through the Lgr5/R-spondin axis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Huch M, Bonfanti P, Boj SF, Sato T, Loomans CJ, van de Wetering M, Sojoodi M, Li VS, Schuijers J, Gracanin A, Ringnalda F, Begthel H, Hamer K, Mulder J, van Es JH, de Koning E, Vries RG, Heimberg H, Clevers H
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 32(20) ページ: 2708-21
  • DOI: 10.1038/emboj.2013.204.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous low-dose irradiation by I-125 seeds induces apoptosis of gastric cancer cells regardless of histological origin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takabayashi K, Kashiwagi K, Kawata T, Sato T, Matsuoka K, Hisamatsu T, Takaishi H, Hibi T, Ogata H, Yahagi N, Kitagawa Y, Shigematsu N, Kanai T.
  • 雑誌名: Cancer Biol Ther. 巻: 15(1) ページ: 81-8
  • DOI: 10.4161/cbt.26610.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A single strain of Clostridium butyricum induces intestinal IL-10-producing macrophages to suppress acute experimental colitis in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayashi A, Sato T, Kamada N, Mikami Y, Matsuoka K, Hisamatsu T, Hibi T, Roers A, Yagita H, Ohteki T, Yoshimura A, Kanai T.
  • 雑誌名: Cell Host Microbe. 巻: 13（6） ページ: 711-22
  • DOI: 10.1016/j.chom.2013.05.013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mucosal healing with oral tacrolimus is associated with favorable medium- and long-term prognosis in steroid-refractory/dependent ulcerative colitis patients. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi J, Matsuoka K, Inoue N, Hisamatsu T, Ichikawa R, Yajima T, Okamoto S, Naganuma M, Sato T, Kanai T, Ogata H, Iwao Y, Hibi T.
  • 雑誌名: J Crohns Colitis. 巻: 7（12） ページ: e609-14
  • DOI: 10.1016/j.crohns.2013.04.018.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of novel prediction system of intestinal absorption in humans using human intestinal tissues. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyake M, Toguchi H, Nishibayashi T, Higaki K, Sugita A, Koganei K, Kamada N, Kitazume MT, Hisamatsu T, Sato T, Okamoto S, Kanai T, Hibi T.
  • 雑誌名: J Pharm Sci. 巻: 102（８） ページ: 2564-71
  • DOI: 10.1002/jps.23609.
  • 査読あり
• [雑誌論文] TGR5 signalling inhibits the production of pro-inflammatory cytokines by in vitro differentiated inflammatory and intestinal macrophages in Crohn's disease. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoneno K, Hisamatsu T, Shimamura K, Kamada N, Ichikawa R, Kitazume MT, Mori M, Uo M, Namikawa Y, Matsuoka K, Sato T, Koganei K, Sugita A, Kanai T, Hibi T.
  • 雑誌名: Immunology. 巻: 139（1） ページ: 19-29
  • DOI: 10.1111/imm.12045.
  • 査読あり
• [雑誌論文] IL-22-producing RORγt-dependent innate lymphoid cells play a novel protective role in murine acute hepatitis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto A, Kanai T, Mikami Y, Chu PS, Nakamoto N, Ebinuma H, Saito H, Sato T, Yagita H, Hibi T.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 8（4） ページ: e62853
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0062853
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dendritic cells administered intrarectally penetrate the intestinal barrier to break intestinal tolerance via Th2-medeiated colitis in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Handa T, Kanai T, Sato T, Mikami Y, Sujino T, Hayashi A, Mizuno S, Matsumoto A, Hisamatsu T, Hibi T.
  • 雑誌名: Immunol Lett. 巻: 150（1-2） ページ: 123-9
  • DOI: 10.1016/j.imlet.2013.01.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration. (2013)
  • 著者名/発表者名: Huch M, Dorrell C, Boj SF, van Es JH, Li VSW, van de Wetering M, Sato T, Hamer K, Sasaki N, Finegold MJ, Haft A, Vries R, Grompe M, Clevers H.
  • 雑誌名: Nature 巻: 494（7436） ページ: 247-50
  • DOI: 10.1038/nature11826.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growing self-organizing mini-guts from a single intestinal stem cell: mechanism and applications. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Clevers H.
  • 雑誌名: Science 巻: 340（6137） ページ: 1190-4
  • DOI: 10.1126/science.1234852.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Primary mouse small intestinal epithelial cell cultures. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Clevers H
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology. 巻: 945 ページ: 319-28
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-125-7_19.
  • 査読あり
• [学会発表] 幹細胞ニッチシグナルによる腸管上皮幹細胞制御機構
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊朗
  • 学会等名: 細胞が集団になって初めて発現する機能．
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
• [学会発表] Molecular mechanism of intestinal stem cell self-renewal: Stem cells and their niche signals.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato.
  • 学会等名: The graduate course in Molecular and Developmental Biology (Prof. Noah Shroyer & Prof. James Wells)
  • 発表場所: Cincinnati Children's USA
• [学会発表] Molecular mechanism of intestinal stem cell self-renewal: Stem cells and their niche signals.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato.
  • 学会等名: University of Michigan Center for Organogenesis Seminar. (Prof. Linda Samuelson & Prof. Jason Spence)
  • 発表場所: University of Michigan Center USA
• [学会発表] Molecular mechanism of intestinal carcinogenesis; Stem cells and their niche signals.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato, Ai Takano, Shoichi Date, Mami, Matano, Mariko Shimokawa, Takanori Kanai
  • 学会等名: 第72回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 日本（横浜）
• [学会発表] Molecular mechanism of intestinal stem cell self-renewal:Stem cells and their niche signals.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato, Mami Matano, Shoichi Date, Ai Takano, Mariko Shimokawa.
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 日本（横浜）
• [学会発表] Establishment of intestinal stem cell culture: basic and application.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato
  • 学会等名: European Cancer Stem Cells Research meeting.
  • 発表場所: Cardiff University. UK
  • 招待講演
• [学会発表] Establishment of patient-derived colorectal cancer/adenoma organoid culture system: an application to tubulology.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato
  • 学会等名: 1st International Meeting for Epithelial Tubulology
  • 発表場所: 日本（札幌）
• [学会発表] Long-term culture system for human intestinal stem cells and cancer.
  • 著者名/発表者名: Toshiro Sato
  • 学会等名: American Association for Cancer Research (AACR) Annual Meeting 2013.
  • 発表場所: Washington DC.USA
  • 招待講演
• [図書] 糖尿病・代謝・内分泌 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊朗
  • 総ページ数: 152-155
  • 出版者: Annual Review
• [図書] 腸の再生機構．幹細胞研究と再生医療．中内啓光編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南木康作,藤井正幸,佐藤俊朗
  • 総ページ数: 61-68
  • 出版者: 南江堂
• [図書] 大腸がん幹細胞の機能解析法．がん基盤生物学-革新的シーズ育成に向けて- 清木元治 編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 股野麻未,佐藤俊朗
  • 総ページ数: 42-45
  • 出版者: 南江堂
• [図書] 腸管上皮幹細胞の加齢・老化とそれに伴う関連疾患．内分泌・糖尿病・代謝内科 (2013)
  • 著者名/発表者名: 半田単己，佐藤俊朗
  • 総ページ数: 198-202
  • 出版者: 科学評論社
• [図書] Wntシグナルを利用した消化器組織再生技術“オルガノイド培養”の開発 細胞工学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊朗
  • 総ページ数: 421-424
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
• [図書] 腸管上皮細胞の老化 Anti-Aging Medicine. (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊朗
  • 総ページ数: 47-52
  • 出版者: メディカルレビュー社
• [図書] 腸管上皮幹細胞ニッチによる幹細胞制御機構．分子消化器病 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊朗
  • 総ページ数: 17-21
  • 出版者: 先端医学社