ヒトiPS細胞集塊の心筋分化誘導における剪断ストレスへの応答性評価に関する研究

人iPS细胞聚集体诱导心脏分化对剪切应力反应性的评价研究

• 批准号: 20J10116
• 负责人: 橋田 礼博
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10116/
• 关键词: ヒトiPS細胞由来心筋組織; 回転浮遊培養; 心筋成熟; 組織収縮; 組織構造の空間的不均一; 核ラミナ形成; iPS由来心筋組織; 組織形態・構造変化特性; 細胞配向性

昨年度は回転浮遊培養にて板状の心筋組織が縮み、分厚い構造へと変化する現象を見出した。その上で今年度は当該現象と成熟化進行の関係についてより詳細の調査（静置培養との比較）を行った。その調査結果の要点をまとめると以下の通りとなった：①5日間の培養で、Day0～Day3にかけて組織投影面積が有意に減少した後、Day3以降心筋組織の成熟マーカー（β-Myosin Heavy Chain、Connexin-43）のタンパク形成量が有意に増加した。②組織が培地中に浮遊している間、液流による力学的負荷を受ける組織表面部分の細胞の核の形状が扁平したものとなっていた。③分化細胞が力学的負荷を受けたときに核膜に形成され、かつ心筋成熟の進行に寄与している核ラミナ（Lamin A/C）の形成が、回転浮遊培養にて顕著に多かった。①から組織が縮む現象が、心筋成熟のトリガーとなる因子であることが考えられた。また②から回転浮遊培養にて発生する液流が組織表面部分の細胞の核の形状および骨格構造を変化させ、組織構造の空間的不均一が発生することが示唆された。加えて心筋細胞の核の形状および骨格構造は細胞で生み出される収縮力の大きさにも影響することが知られている。これらを考慮すると、組織表面部分の細胞が組織表面方向に沿って収縮することで組織内部の細胞が圧迫されることが推察される。そして③からも裏付けられるように、組織内部の細胞でもLamin A/Cの形成が顕著となり、これが心筋成熟を引き起こしたものと考えられた。以上の結果から、回転浮遊培養における「組織構造の空間的不均一の発生」が、心筋成熟を引き起こす重要な因子であることが示唆された。本知見は、今まで未解明であった回転浮遊培養の特性を初めて示しているという点で極めて重要なものであり、今後の組織培養工学の発展に大きく寄与するものであると考えられる。

去年，我们发现旋转悬浮培养过程中，板状心肌组织收缩，变成厚结构的现象。此外，今年我们对这种现象与成熟进程之间的关系进行了更详细的调查（与静态培养比较）。调查结果要点总结如下：（1）培养5天后，组织投影面积从第0天到第3天显着下降，从第3天开始，心肌组织成熟标志物（β-肌球蛋白重链（Connexin -43）蛋白形成显着增加。 ② 当组织悬浮在培养基中时，受到液体流动的机械负荷的组织表面细胞核的形状变得平坦。 ③ 核纤层（Lamin A/C）是分化细胞受到机械应力时在核膜中形成的，有助于心肌成熟的进展，在旋转悬浮培养中更容易形成。从①开始，人们认为组织收缩现象是触发心肌成熟的一个因素。另外，由②可知，旋转悬浮培养中产生的液流改变了组织表面细胞核的形状和骨骼结构，导致组织结构的空间不均匀性。此外，已知心肌细胞核的形状和骨骼结构会影响细胞产生的收缩力的大小。考虑到这些，推测组织内部的细胞受到组织表面上的细胞沿组织表面方向收缩的压缩。正如③所支持的那样，在组织内部的细胞中，Lamin A/C的形成也很明显，人们认为这导致了心肌的成熟。上述结果提示，旋转悬浮培养中“组织结构空间异质性的发生”是导致心肌成熟的重要因素。这一发现极其重要，因为它首次展示了迄今为止尚未阐明的旋转悬浮培养的特性，相信将对组织培养工程的未来发展做出巨大贡献。

项目成果

Kinetics on aggregate behaviors of human iduced pluripotent stem cells in static supension and rotating flow cultures

静态悬浮和旋转流培养中人诱导多能干细胞聚集行为的动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: Akihiro Hashida;Toshimasa Uemura;and Masahiro Kino-oka
• 通讯作者: and Masahiro Kino-oka