Co-culture model with neurons and skeletal muscle tissue for reproduction of motor function declined by aging

神经元和骨骼肌组织的共培养模型，用于复制因衰老而下降的运动功能

基本信息

批准号：
21H01779
负责人：
森本雄矢
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Waseda University (2023)The University of Tokyo (2021-2022)
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

项目摘要

本研究の目的は、神経信号伝達を起因として筋収縮運動可能な脳－骨格筋モデルを創出するとともに、老化状況を脳－骨格筋モデルで作り出すことで加齢時運動機能低下を再現し、加齢性筋萎縮の病態・薬効解析に提案モデルが有用であることを示すことである。脳－骨格筋モデルの構築に向けて、まず土台となるヒト骨格筋組織の構築を目指した。申請者独自の3Dプリンタ製のアンカとPDMSモールドを用いることで、両端部を固定した状態でヒトプライマリ筋芽細胞を含む様々なヒト筋前駆細胞の３次元培養をすることに成功した。この両端部固定により張力が負荷された条件での培養が実現され、それによって培養1, 2週間程度でヒト骨格筋組織が構築可能なことを示した。加えて、免疫染色により筋線維独特のα-アクチニンの縞状パターンの発現が確認され、成熟した形態を有することが確認された。さらに、上記のヒト骨格筋組織への電気刺激の負荷によって収縮運動が引き起こされることを示し、当該方法にて機能的にも成熟した組織が両細胞から構築可能であることを確認した。また、ヒトiPS細胞由来の神経細胞の特定部位と筋線維を共培養することで、神経信号の伝達による筋線維の収縮運動が効率よく発現することを確認した。これにより、ヒト神経細胞を用いた神経筋接合部の形成に成功したことが示唆された。この神経細胞を3次元塊状に保持可能かつ軸索のみを伸展可能なスリットを有するマイクロデバイスの作製も達成しており、マイクロデバイスの利用による神経と骨格筋組織の共培養の実現可能性も明らかにした。

这项研究的目的是创建一个能够因神经信号传递而产生肌肉收缩的脑-骨骼肌模型，并在脑-骨骼肌模型中再现衰老状况，以再现衰老过程中运动功能的下降。本研究的目的是证明所提出的模型可用于分析年龄相关性肌萎缩的病理学和药物疗效。为了构建脑-骨骼肌模型，我们首先要构建人体骨骼肌组织作为基础。通过使用申请人原创的3D打印锚和PDMS模具，我们成功地3D培养了各种人类肌肉祖细胞，包括人类原代成肌细胞，两端固定。通过固定两端，实现了张力下的培养，结果表明，培养约1至2周即可构建人体骨骼肌组织。此外，免疫染色证实了肌纤维特有的α-肌动蛋白条纹图案的表达，证实了肌纤维具有成熟的形态。此外，我们还表明，上述对人体骨骼肌组织的电刺激负荷会引起收缩运动，并证实使用这种方法可以从两种细胞构建功能成熟的组织。此外，通过共培养人类iPS细胞来源的神经细胞和肌肉纤维的特定区域，我们证实肌肉纤维的收缩运动是通过神经信号的传递有效表达的。这表明利用人类神经细胞形成神经肌肉接头是成功的。我们还成功地制造了一种带有狭缝的微型装置，可以将这些神经细胞保持在三维质量中并仅延伸它们的轴突，而且很明显，使用我制造的微型装置共培养神经和骨骼肌组织是可能的。它。