Dynamic analysis of tissue development by 3D culture platform

利用3D培养平台进行组织发育动态分析

基本信息

批准号：
21H01299
负责人：
萩原将也
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01299/
关键词：
培養制御オルガノイド４Dイメージング体軸形成 Gradient 空間局在制御三次元イメージング組織形成三次元制御細胞行動細胞ーECM相互作用細胞パターニング三次元培養ダイナミクス計測 4Dイメージング

项目摘要

当該年度は、①ハイドロゲルの空間局在制御、②液性因子の時空間濃度勾配制御、の2つの技術を確立し、論文発表を行った。ハイドロゲルの空間局在制御では、断面がL字型のフレームで囲まれた空間（ユニット）を複数持ち、ゲルを表面張力のみで各ユニットにとどめることで、複数のゲルを空間的に配置するキューブ型の培養プラットフォーム「MultiCUBE」を開発した。隣り合うユニット間でゲル同士は接触しているが、ゲルの粘性が高いこともあり、すぐには混じり合わない。ゲルの配置が終わった後にゲルを架橋し固めると、ゲル間に物理的境界がなく細胞が行き来できる一方、位置によってゲル内部の成分が異なる状態になる。これにより、細胞に空間的な情報を与えられるようになり、異なる物性を持つゲルを立体的に配置するだけでなく、特定の成長因子や細胞をあらかじめゲルに混ぜておくことで、細胞に複数要素の空間的局在を与えることができるようになった。さらに、CUBE型の培養器内でオルガノイドに特定因子の濃度勾配を与える「Gradient-in-CUBEシステム」を開発した。本システムを用いて、iPS細胞塊から、恣意的な方向に神経外胚葉と中胚葉の分子マーカーが局在するオルガノイドを作製することができた。作製したオルガノイドは、与えた濃度勾配の方向を見失うことなく解析が可能であり、オルガノイド培養から体軸方向付与・解析までシームレスな実験ワークフローを確立した。工学技術に不慣れな実験者にも容易に扱えるプラットフォームであり、広く活用されることが期待できる。

今年，我们建立并发布了两项技术：（1）水凝胶的空间定位控制和（2）体液因子的时空浓度梯度控制。水凝胶的空间定位控制涉及通过具有L形横截面的框架包围多个空间（单元）来在空间上排列多个凝胶，并仅利用表面张力将凝胶保持在每个单元中，我们开发了一个立方体形状的培养平台。多立方体”。尽管相邻单元之间的凝胶彼此接触，但由于凝胶的高粘度，它们不会立即混合。当凝胶放置后交联并固化时，凝胶之间没有物理边界，允许细胞来回移动，但凝胶内部的成分根据其位置而处于不同的状态。这使得向细胞提供空间信息成为可能，并且除了将不同物理性质的凝胶进行三维排列外，还可以预先将特定的生长因子和细胞混合到凝胶中，让细胞具有多种现在可以给出元素的空间定位。此外，我们开发了一种“Gradient-in-CUBE 系统”，该系统将特定因子的浓度梯度应用于 CUBE 型培养容器中的类器官。使用该系统，我们能够创建类器官，其中神经外胚层和中胚层分子标记位于 iPS 细胞簇的任意方向。可以在不忽视所应用的浓度梯度方向的情况下对制备的类器官进行分析，并且已经建立了从类器官培养到体轴定向和分析的无缝实验工作流程。这是一个即使不熟悉工程技术的实验人员也可以轻松使用的平台，有望得到广泛应用。