2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the core technologies of regenerative therapy with human somatic stem cells for cirrhosis and liver failure
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18H02866
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
鄭 允文 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (80404995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大河内 信弘 筑波大学, 医学医療系, 客員教授 (40213673)
高井 まどか 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40287975)
高橋 一広 筑波大学, 医学医療系, 講師 (80794528)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | オルガノイド / ヒト多能性幹細胞 / ヒト体性幹細胞 / 肝不全 / 細胞移植 / 再生医療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はヒト体性幹細胞や多能性幹細胞に対して新規の三次元多細胞共培養システムを用いることによって、生体内の臓器発生過程や細胞社会の相互作用を模倣して新規消化器系組織原基（オルガノイド）を創出する独創的技術の開発”である。このオルガノイドは、増殖能と機能・構造を併せ持つマイクロ臓器である。そして細胞移植でも臓器移植でもない新しいオルガノイド移植は、移植医療、再生医療に大きな変化をもたらすと期待される。
in vitroで、胎盤組織から体性幹細胞の分離・同定・特徴解析などをして、機能的な肝オルガノイドの作成を行った。特殊な3DパターンプレートにASCを播種することで、細胞は球状のスフェロイドとなり、生存を保ちつつ細胞の増殖スピードを抑え、長期培養可能であることが確認された。作成した細胞塊は、再度2Dプレートに播種することで、活発に増殖することを確認した。また、羊膜上皮細胞の基礎培養培地においても、3D培養において部分的に肝遺伝子発現の上昇を認めた。細胞培養による肝分化プロトコルには複数の報告があり、上述の3D培養と組み合わせてその肝分化効率を検討した。更に共培養してオルガノイドを作成すると、それぞれの細胞は局在を持った立体構造を構築した。また、ICGの取り込み・排泄や、グリコーゲンの貯蔵といった肝機能も獲得した。
移植実験に関しては、重症免疫不全・肝障害ラットに対して、ヒト肝細胞が移植可能な実験系を確立した。同実験モデルにおいて、ヒト肝細胞に由来するアルブミンや薬物代謝機能がみられることを確認した。またヒト-ラットの異種拒絶に関しては、マクロファージによる貪食の影響があることを、血球移植モデルによって確認した。ラット-ヒトの肝細胞移植モデルは、移植は今までに報告のない実験系である。今後、iPS細胞やその他のヒト由来細胞による移植を試みる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
羊膜幹細胞の特性解析は完了し、肝オルガノイドの作成はできている。ラットへの細胞移植モデルは、今までに確立したものがなかったためであった。実験モデルの確立のためには、肝障害の程度のコントロールが不可欠であり、この作業に時間を要したが、再現性のある移植モデルが確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
肝移植モデルが確立できており、同モデルを用いて、iPS細胞由来肝様細胞、胎盤由来幹細胞から作成した肝オルガノイド、初代肝細胞から誘導した肝前駆細胞など、様々な細胞の移植実験を試み、肝機能を評価する。また、ヒト-ラット拒絶の因子としてマクロファージの影響が考えられているため、同反応を克服するためのhSIRPa遺伝子組み換えラットの作成を試みている。同形質を持ったラットを重症免疫不全ラットと交配し、更に移植効率の高いラットモデルを作成する。
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[Journal Article] The Regenerative Effect of Portal Vein Injection of Liver Organoids by Retrorsine/Partial Hepatectomy in Rats2020
Author(s)
Tsuchida T, Murata S, Matsuki K, Mori A, Matsuo M, Mikami S, Okamoto S, Ueno Y, Tadokoro T, Zheng YW, Taniguchi H
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Journal Title
Int J Mol Sci
Volume: 21
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Modeling liver cancer initiation with organoids derived from directly reprogrammed human hepatocytes2019
Author(s)
Sun L, Wang Y, Cen J, Ma X, Cui L, Qiu Z, Zhang Z, Li H, Yang RZ, Wang C, Chen X, Wang L, Ye Y, Zhang H, Pan G, Kang JS, Ji Y, Zheng YW, Zheng S, and Hui L
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Journal Title
Nat Cell Biol
Volume: 21
Pages: 1015-1026
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhanced hepatic differentiation in the subpopulation of human amniotic stem cells under 3D multicellular microenvironment2019
Author(s)
Furuya K, Zheng YW, Sako D, Iwasaki K, Zheng DX, Ge JY, Liu LP, Furuta T, Akimoto K, Yagi H, Hamada H, Isoda H, Oda T and Ohkohchi N
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Journal Title
World J Stem Cells
Volume: 11
Pages: 705-721
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Therapeutic potential of patient iPSC-derived iMelanocytes in autologous transplantation2019
Author(s)
Liu LP, Li YM, Guo NN, Li S, Ma XL, Zhang YX, Gao YM, Huang JL, Zheng DX, Wang LY, Xu H, Hui L, Zheng YW
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Journal Title
Cell Rep
Volume: 27
Pages: 455-466
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Cooperative development of vascularized liver-like patterns using iPSC-derived hepatoblasts and endothelial progenitors in monolayer cultures2019
Author(s)
Song D, An Y, Takasaki M, Wakabayashi T, Hemmi Y, Li J, Takami M, Borisova E, Arai Y, Zheng YW, Hayashi Y
Organizer
LIVER, BIOLOGY, DISEASES & CANCER 2019. Cold Spring Harbor Asia Conference
Int'l Joint Research
