【研究分野】生体情報内科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】20K20306 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胎児循環 / 低酸素 / アミノ酸 / 心筋細胞 / 細胞分裂 / 心筋肥大 / 不整脈 / 胎盤 / 細胞周期 / 心筋分裂 / 細胞分化 / 有袋類 / 分裂能 / 胎児ヘモグロビン / コネクチン / Novex-3 / 酸素環境 / 再生医療 / 栄養シグナル / 心筋細胞分裂制御 / 酸素分圧

【研究成果の概要】

生体は多彩な細胞で構成されるが、元は１個の受精卵であり細胞分裂を繰り返して各々の機能を獲得していく。その仕組みにおいて遺伝子など分子ネットワークが重要な役割を果たしているが、本研究では胎児循環を酸素やアミノ酸に対する独自の輸送特性によって胎児生体機能を制御する情報システムとして捉え、心筋細胞の分裂・分化に焦点を当て解析した胎児循環では酸素濃度が低く、出生に伴い高濃度酸素に曝露されるが、その環境変化を情報として利用している仕組みを解明した。主要因子としてFam64aを同定し、胎生期に細胞分裂を活発に行う心筋細胞が出生後分裂能を失うメカニズムやその応用として心筋障害時の機能回復に関して検討した。

【研究の社会的意義】

再生医療の実現を目指してiPS細胞など多能性を持つ細胞から様々な細胞への分化誘導の研究が精力的に進められている。出生直後に分裂能を失い心筋梗塞などの疾病後にも増殖しない心筋細胞は再生医療のニーズの高い有望なターゲットとして注目され、より高い分化・純度を求めて多くの誘導因子が報告されている。本研究では成体内での発達過程における環境として酸素およびアミノ酸濃度に着目して心筋細胞の分裂能制御メカニズムの解明に取り組んだ。出生に伴う酸素濃度変化による心筋細胞の分裂能喪失の分子メカニズムに迫ると共に、短時間の高濃度酸素曝露でも分裂能が低下することが明らかになり、効率的組織培養への知見を得ることが出来た。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-04-01 - 2022-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究分野】再生医学・医療

【研究領域課題番号】25505004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医療 / iPS細胞 / 再生心筋細胞 / 不整脈治療 / 不整脈 / ペースメーカー細胞 / HCN4 / 心筋細胞分化 / 細胞移植療法 / CRISPR/Cas9 / TALEN / CRISPR

【研究成果の概要】

iPS細胞を用いた不整脈研究の条件検討には大量の心筋細胞が必要であるため、スピナーフラスコによる回転浮遊培養系を用いた心筋細胞の大量培養法の開発と効率的な心筋細胞純化精製法の開発を行った。人工ヌクレアーゼを用いて心筋細胞特異的転写因子(NKX2-5)と刺激伝導系遺伝子のプロモーター下に蛍光蛋白をノックインした組換えヒトiPS細胞を作製し、心筋細胞刺激伝導細胞への分化および蛍光タンパクの発現を確認した。大型動物への不整脈治療のための心筋細胞移植の基礎実験を行い、ブタにテレメトリー送信機を植え込み不整脈の評価系を確立した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16200033 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / 再生工学 / 細胞・組織 / 不整脈 / 細胞培養 / 光学測定 / 電極アレイ / 電気刺激 / 再生医療

【研究成果の概要】

近年、「再生医工学」が注目を集めており,遺伝子導入した心筋組織にペースメーカとしての機能を持たせようとする試みなどが進められている。研究の推進には心筋細胞や心筋組織、再生した組織も含めて総合的に機能評価を行う技術の確立が重要である。本研究では、光学計測系と電気刺激・信号計測系とを融合した心筋組織機能評価システムの確立を目標に光学計測系と電気刺激・信号計測系とを融合した以下の心筋組織機能評価システム開発を行った。
(1)光学的膜電位計測とリアルタイムフィードバック電気刺激の組み合わせによる心臓興奮伝播制御システム
(2)培養心筋細胞、幹細胞系に対する集積化電極基板・光学信号統合計測システム
高時間/空間分解能を有する光学計測システムと、多点微小電極による電位マッピングシステムを組み合わせ、動物摘出心標本上において、画像として興奮現象を捉えつつ、興奮波面の進行に同期して任意の時相(脱分極相〜再分極相〜静止電位相)に電気刺激を印加、Make/Break興奮を誘発可能なシステムを開発した。
細胞レベルの電気活動計測には集積化電極基板を導入した。フォトリソグラフィを利用して製作した.電極基板は64個のマイクロ電極(サイズ30x30μm,電極間距離180マイクロμm)を有し、各点での電気信号記録と刺激が可能である。この計測系を冷却CCDによる顕微鏡画像取得システムと結合することにより、電気・光信号融合計測システムとして構成した。
心筋細胞は新生ラットからその心室筋を採取して単離培養を行った。培養開始後3日目から拍動現象が認められ、この活動が成長と共に広範囲に渡る同期拍動現象へと発展していくこと、拍動が活動電位の発生と同期していることを確認した。光学信号は、fluo-4染色による細胞内Ca濃度変動測定を試み、これについても基本的には活動電位発生との同期現象であることを確かめた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)