ヒト多能性幹細胞に由来する心臓オルガノイド作製のための基盤技術開発

开发人类多能干细胞来源的心脏类器官生产基础技术

基本信息

批准号：
20K12623
负责人：
白吉安昭
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

心臓オルガノイドは、1)素材細胞の再組立、2)in vitroで1次心臓領域（FHF）と2次心臓領域（SHF）に存在する心臓前駆細胞からの発生によって作ることができる。そこで、本研究では、4種の主要なサブタイプ心筋（心房筋、心室筋、洞結節ペースメーカ細胞、刺激伝導系細胞）と、2種類の心臓前駆細胞を、ヒトiPS細胞から作製することを目標としている。まず、ヒトiPS細胞に由来する各種サブタイプ心筋を分取し、電気生理学的特性などを解析した。その結果、HCN4/Shox2共陽性細胞として、70~80％の割合で洞結節ペースメーカ様細胞（以下、ペースメーカ細胞）を選択的に分取することに成功した。残り細胞は、心房筋あるいは心室筋様の活動電位を示した（Wakimizu et al. 2022）。そこで、ペースメーカ細胞の識別法を検討したところ、AIによる画像解析法によって、ペースメーカ細胞が他の心筋細胞から区別できることを明らかにすることができた。MLc2a/Mlc2vの共陽性細胞として、心房筋様細胞が優位に濃縮されるが、この心房筋様細胞を用いて、心房細動に関連するPPRX1転写因子が、Kv1.5などのイオンチャネルの発現制御に関わっていることを明らかにした。一方、HCN4-EGFP陽性細胞としてはFHF、Islet1-mCherry陽性細胞としてSHFの前駆細胞を分取できる。本年度は、さらに解析を進め、mCherry陽性細胞がまず出現してくること、分化誘導後3週間くらいでEGFPとmCherry陽性細胞は、相互に排他的に発現するようになり、それぞれFHFとSHF前駆細胞マーカーを発現することを明らかにすることができた。なお、これらの組み合わせによるオルガノイド形成については、顕著な進展が見られなかった。

可以通过1）重新组装材料细胞来制作心脏器官，以及2）在原发性和继发性心脏区域（FHF）和次生心脏区域（SHF）中体外存在的心脏祖细胞的发展。因此，在这项研究中，目标是产生四种主要亚型亚型（心房肌肉，心室肌肉，鼻窦结节性起搏器细胞和刺激的传导细胞），并从人IPS细胞中产生两种类型的心脏祖细胞。首先，收集了来自人IPS细胞的心肌的各种亚型，并分析了电生理特性。结果，成功地将鼻窦结节起搏器样细胞（以下称为起搏器细胞）为HCN4/SHOX2共阳性细胞以70-80％的速度选择性分配。其余细胞表现出心房或心室肌肉样作用电位（Wakimizu等，2022）。因此，当我们检查鉴定起搏器细胞的方法时，我们能够通过使用AI图像分析将起搏器细胞与其他心肌细胞区分开。心房肌状细胞主要以MLC2A/MLC2V的共阳性细胞富集，并使用这些心房肌体细胞，我们揭示了与心房颤动相关的PPRX1转录因子与诸如KV1.5之类的离子通道的表达调节有关。另一方面，可以将FHF的前体细胞分离为HCN4-EGFP阳性细胞，而SHF的前体细胞可以分离为Islet1-MCherry阳性细胞。今年，进行了进一步的分析，表明麦克利阳性细胞首先出现，EGFP和MCHERRY阳性细胞在分化诱导后三周左右相互表达，分别表达FHF和SHF祖细胞标记。此外，通过这些组合在器官形成中没有明显进展。