Functional urotherial system reconstruction from transformed epithelial cells under flow and extension stress

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K09176
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 丸山 哲史 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (50305546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安井 孝周 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40326153) ; 林 祐太郎 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40238134) ; 水野 健太郎 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70448710) ; 中根 明宏 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70464568)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ホローファイバー / 伸展刺激 / 細胞工学 / 上皮間葉系誘導 / 再生医療 / KIT陽性細胞 / 尿路上皮細胞 / シェアーストレス

Outline of Annual Research Achievements

作成した平滑筋細胞層が組織全体としての方向性と強弱をもった統一性のあるいわゆる蠕動運動を誘起し、効率的な尿移送が可能となった。ホローファイバーシステムに律動的な電気刺激を加えることで平滑筋組織に方向性をもった空間的配置が確立され、電気的結合も強化された。更に、サイトカイン刺激を加えることでKit陽性間質細胞がこのシステム内に誘導され、平滑筋組織に自動能がもたらされることが示唆された。
尿路再建術に際しては、摘除した尿管組織の補填材料として生体適合性のある機能的な組織が必要とされる。しかし、培養細胞を材料とした組織では力学的強度が不十分であり、また臨床応用可能な必要量が確保できないなどの課題があった。われわれは、これまでホローファイバー（中空糸）システムを用いて、幹細胞から再生した尿路上皮細胞と平滑筋細胞とを流体下で共培養する手法により、力学的な強度を持つ尿路組織を作製した。さらに電気刺激とサイトカイン刺激により細胞間接着を強化するとともに間質細胞を分化誘導し、自己調節能力を有し蠕動運動が可能な管腔組織を作製した。作製された管腔組織は、尿管などさまざま部位での尿路再建手術に臨床応用が可能な生理的な手術材料となることが示唆された。
実際の臨床応用においては組織レベルの物理的サイズと強度が必要で、プロセスの更なる効率化が課題である。出発点としてES細胞などを用いればより非侵襲的な方法となる。ES細胞由来の細胞群を基に尿路上皮やその周囲の組織を得ることも検討中である。今までとは違った治療法へ発展させる事ができる可能性も示唆された。尿路上皮や平滑筋の幹細胞が利用できれば、未分化状態を維持したままの分裂増殖により、大きく欠損した尿路を補うのに十分な量の新しい組織を得ることが可能である。

Research Products

• [Journal Article] Antireflux endoscopic injection therapy in postpubertal patients via techniques adopted for the dilated ureteral orifice (2021)
  • Author(s): Maruyama T, Mizuno K, Nishio H, Kato T, Hamakawa T, Ikegami Y, Yasui T, Hayashi Y.
  • Journal Title: BMC Urology Volume: 21 Pages: 70-75
  • DOI: 10.1186/s12894-021-00842-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low Serum Inhibin B/Follicle-Stimulating Hormones and Anti-Mullerian Hormone/Follicle-Stimulating Hormones Ratios as Markers of Decreased Germ Cells in Infants with Bilateral Cryptorchidism (2021)
  • Author(s): Kato T, Mizuno K, Matsumoto D, Nishio H, Nakane A, Kurokawa S, Kamisawa H, Maruyama T, Iwatsuki S, Umemoto Y, Yasui T, Hayashi Y
  • Journal Title: J Urology Volume: 207 Pages: 701-709
  • DOI: 10.1097/JU.0000000000002344
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Clinical Analysis of the Role of Thyroid Function in the Differentiation Process of Spermatogonial Stem Cells in Cryptorchid Testes. (2021)
  • Author(s): Mizuno K, Nishio H, Matsumoto D, Kato T, Nakane A, Maruyama T, Yasui T, Hayashi Y.
  • Organizer: American Urological Association Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low Serum Inhibin B/Follicle Stimulating Hormone and Anti-Mullerian Hormone. (2021)
  • Author(s): Kato T, Mizuno K, Nishio H, Nakane A, Kurokawa Sa, Kamisawa H, Maruyama T, Iwatsuki S, Umemoto Y, Yasui T, Hayashi Y
  • Organizer: American Urological Association Annual Meeting
  • Int'l Joint Research