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。

在这个财政年度，建立了两种技术：1）水凝胶的空间定位控制，以及2）液体因子的空间和时间浓度梯度控制以及发表的论文。在水凝胶的空间定位控制中，我们开发了一个称为“ MultiPube”的立方体培养平台，该平台通过具有带有横截面的L形框架包围的多个空间（单位），并通过仅使用表面张力将凝胶保留在每个单元中，从而在空间上排列多个凝胶。凝胶在相邻单元之间接触，但是由于凝胶的粘度高，它们不会迅速混合。当凝胶放置凝胶后凝胶交联并凝固时，细胞可以在凝胶之间没有物理边界的情况下传播，而凝胶内部的成分则取决于位置。这允许给出细胞的空间信息，不仅允许将具有不同物理性能的凝胶放置在3D中，而且还允许提前混合特定的生长因子和细胞，从而使细胞在空间上通过多个元素在空间上定位。此外，我们已经开发了一个“梯度中的系统”，该系统为多维数据箱中的特定因子提供了器官浓度梯度。使用该系统，可以在任意方向的IPS细胞块中产生神经外胚层和中胚层的分子标记的类器官。可以分析制备的类器官，而不会失去视力给定浓度梯度的方向，并建立了无缝的实验工作流程，从器官培养到身体轴向方向性粘附和分析。不熟悉工程技术的实验者可以轻松地使用该平台，并且可以广泛使用。