人工骨髄の構築に向けた造血幹細胞を中心とした骨髄ダイバーシティーの理解

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御
• 研究課題/領域番号: 20H05025
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山崎 聡 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50625580)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 骨髄環境 / 人工骨髄

研究実績の概要

現在，重篤な血液疾患を根治するために造血幹細胞移植が行われているが，ドナー不足の問題は深刻である．この問題を解決する為に，造血幹細胞を生体外で増幅させる技術の開発が重要な課題となっている．造血幹細胞を生体外で増幅させるには，１）造血幹細胞の未分化状態を維持しうる骨髄全体および骨髄微小環境の構造，２）髄液の構成成分（栄養成分など），の詳細な理解が必須である．申請者は現在までに骨髄微小環境の構造やそれを構築している細胞，さらには髄液中の成分を明らかにしている．本研究では，さらに詳細な骨髄の構造，構成成分に関する情報を取得し，この情報を基に，マイクロ・ナノ工学を駆使することで造血幹細胞が増殖可能な骨髄微小環境を生体外で構築することを目指す．生体外骨髄微小環境の構築により，ドナーにたよらない造血幹細胞提供システムの開発や骨髄微小環境ごと患者の体内に移植するという新しい骨髄移植法の確立が期待できる．また，白血病幹細胞の動態を詳細に解析するツールとしても有用である．また，領域内で共同研究を推進する。

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

数理科学との融合により当初の計画を上回る結果を得られている。

今後の研究の推進方策

全骨髄組織をComputed Tomography(CT)技術を用いることでイメージングデータ化に成功しており骨髄中の複雑な構造を理解することに成功している。また、そのイメージデータをComputer-aided design(CAD)により内腔や構造物の距離を解析することで１部分であるが３Dプリンターを用いることで骨髄構造模型を作製している。骨髄細胞を取り除いた後の構造物としては骨組織で構成されていることから、人工骨髄としての骨組みはリン酸カルシウムが好ましいと考えられた。しかし、もう１つの骨髄組織を構成する細胞の中で重要な網状細胞もしくは間葉系細胞の性質維持に最適な素材を検討した際にチタン条件下における培養が他の検討群と比較して遺伝子発現やサイトカインの発現が最適であったことからチタンを素材に用いた人工骨髄模型も作製している。この骨髄の構造を模倣した模型に最適な細胞を接着させ生体内骨髄を模倣する。具体的には、マウスの骨髄内の構造をCTもしくはシートレーザー顕微鏡を用いてデータを取得する。CTを用いたデータでは主に骨髄中の海面骨構造を詳細な情報データとして取得する。また、工学系研究者の協力により骨髄組織における硬さ（硬度）を解析することにより、人工骨髄の骨格構造に用いる素材を検討する。また骨髄領域をシートレーザー顕微鏡により解析することで、様々な細胞の位置と種類を特定する。この２種類のイメージングデータをオーバーレイすることにより骨髄構造とその細胞の位置情報が特定され、人工骨髄構築の基礎的データの確立を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] DHODH inhibition synergizes with DNA-demethylating agents in the treatment of myelodysplastic syndromes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kayamori K, Nagai Y, Zhong C, Kaito S, Shinoda D, Koide S, Kuribayashi W, Oshima M, Nakajima-Takagi Y, Yamashita M, Mimura N, Becker HJ, Izawa K, Yamazaki S, Iwano S, Miyawaki A, Ito R, Tohyama K, Lennox W, Sheedy J, Weetall M, Sakaida E, Yokote K, Iwama A.
  • 雑誌名: Blood Adv 巻: 5 ページ: 438-450
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2020001461.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Limited rejuvenation of aged hematopoietic stem cells in young bone marrow niche (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi W, Oshima M, Itokawa N, Koide S, Nakajima-Takagi Y, Yamashita M, Yamazaki S, Rahmutulla B, Miura F, Ito T, Kaneda A, Iwama A.
  • 雑誌名: J Exp Med 巻: 218 ページ: e20192283
  • DOI: 10.1084/jem.20192283.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transcription factor 21 expression in injured podocytes of glomerular diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: Usui J, Yaguchi M, Yamazaki S, Takahashi-Kobayashi M, Kawamura T, Kaneko S, Seshan SV, Ronco P, Yamagata K.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 10 ページ: 11516
  • DOI: 10.1038/s41598-020-68422-3.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Activated HoxB4-induced Hematopoietic Stem Cells from Murine Pluripotent Stem Cells via Long-Term Programming (2020)
  • 著者名/発表者名: Izawa K, Yamazaki S, Becker HJ, Bhadury J, Kakegawa T, Sakaguchi M, Tojo A.
  • 雑誌名: Exp Hematol 巻: 89 ページ: 68-79
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2020.08.003.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of cell maturation and tissue microenvironments on the expression of endosomal Toll-like receptors in monocytes and macrophages (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato R, Reuter T, Hiranuma R, Shibata T, Fukui R, Motoi Y, Murakami Y, Tsukamoto H, Yamazaki S, Liu K, Saitoh SI, Latz E, Miyake K.
  • 雑誌名: Int Immunol 巻: 32 ページ: 785-798
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa055.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of a p16 Reporter Mouse and Its Use to Characterize and Target p16high Cells In Vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Omori S, Wang TW, Johmura Y, Kanai T, Nakano Y, Kido T, Susaki EA, Nakajima T, Shichino S, Ueha S, Ozawa M, Yokote K, Kumamoto S, Nishiyama A, Sakamoto T, Yamaguchi K, Yamazaki S,
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 32 ページ: 814-828
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2020.09.006.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A. Efficacy of the Novel Tubulin Polymerization Inhibitor PTC-028 for Myelodysplastic Syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhong C, Kayamori K, Koide S, Shinoda D, Oshima M, Nakajima-Takagi Y, Nagai Y, Mimura N, Sakaida E, Yamazaki S, Iwano S, Miyawaki A, Ito R, Tohyama K, Yamaguchi K, Furukawa Y, Lennox W, Sheedy J, Weetall M, Iwama A.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 111 ページ: 4336-4347
  • DOI: 10.1111/cas.14684.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生体外におけるヒトiPS細胞由来造血幹細胞の増幅技術開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 造血幹細胞の増幅を用いた完全なるゲノム編集とその応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 造血幹細胞の増幅とぞの技術開発で見えてくる未来 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 日本化学会１０１春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] 造血幹細胞の生体外増幅 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 日本再生医療学
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞学研究の最先端 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 第38回日本ヒト細胞学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 造血幹細胞の増幅の可能性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎 聡
  • 学会等名: 第27回日本輸血・細胞治療学会秋季シンポジウム
  • 招待講演