セルロースとキチンのナノファイバーで制御する肝細胞の機能発現

纤维素和甲壳素纳米纤维控制肝细胞的功能表达

基本信息

批准号：
21K14890
负责人：
畠山真由美
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

現在、新規に開発される医薬品の肝毒性評価において、ヒト初代培養肝細胞が主に使用されているが、入手機会に限りがあることや、ロット差が大きいため安定した毒性評価が困難である。一方、ほぼ無限に増殖が可能なiPS細胞由来の肝細胞であれば、安定した細胞供給源となるが、薬物代謝酵素活性などの肝機能が初代培養の肝細胞と比べて低いことが課題となっている。そこで本研究では、林産系ナノ素材として注目されている樹木由来セルロースナノファイバーと水産資源のキチンナノファイバーの「固体糖鎖界面」と「ナノ繊維形状」を活かして、細胞間コミュニケーションの促進に着目した細胞培養基材を創出することで、iPS細胞由来肝細胞の機能を向上させることを目的としている。本年度は、昨年度と同様に、ナノセルロースによる肝細胞の機能向上を目指して官能基や繊維長、結晶形の異なるさまざまなナノセルロースを使用して培養基材を作製した。作製した基材上に肝細胞のモデルとしてヒト肝ガン細胞（HepG2細胞）を播種し、肝機能に関連する遺伝子の発現解析を行った。その結果、セルロースナノファイバーを用いた基材で培養したHepG2細胞は、アルブミン遺伝子を高発現しており、培養日数を伸ばしても高い発現量を維持していた。また、本年度は肝細胞の生育・肝機能を支えるための類洞内皮細胞のモデルとして臍帯内皮細胞の培養にも取り組んだ。セルロースやキチンのナノファイバーで作製した基材上で臍帯内皮細胞の培養を行ったところ、内皮細胞の接着を期待していたキチンナノファイバー単独の基材には、内皮細胞が接着しないことが明らかになった。化学修飾したセルロースナノファイバーと混合すると、良好な細胞接着性を示した。さらに、化学修飾セルロースナノファイバー基材上の内皮細胞は、肝細胞の生育を支える増殖因子の遺伝子を高発現している傾向が見られた。

目前，人原代培养肝细胞主要用于新开发药物的肝毒性评价，但由于可用性有限且批次差异较大，稳定的毒性评价很困难。另一方面，iPS细胞来源的肝细胞几乎可以无限增殖，提供了稳定的细胞来源，但问题是药物代谢酶活性等肝功能低于原代培养的肝细胞。因此，在本研究中，我们重点利用作为森林纳米材料而备受关注的树源纤维素纳米纤维和海洋纳米材料甲壳素纳米纤维的“固体糖链界面”和“纳米纤维形状”来促进细胞间通讯。目的是通过创建源自 iPS 细胞的细胞培养基质来改善 iPS 细胞来源的肝细胞的功能。今年，与去年一样，我们使用具有不同官能团、纤维长度和晶体形状的各种纳米纤维素制作了培养基质，目的是利用纳米纤维素改善肝细胞功能。将人肝癌细胞（HepG2细胞）接种到制备的基质上作为肝细胞模型，并分析与肝功能相关的基因的表达。结果，在使用纤维素纳米纤维的基质上培养的HepG2细胞高表达白蛋白基因，并且即使在延长培养天数后仍保持高表达水平。今年，我们还致力于培养脐带内皮细胞作为肝窦内皮细胞的模型，以支持肝细胞生长和肝功能。当在由纤维素或几丁质纳米纤维制成的基材上培养脐带内皮细胞时，发现内皮细胞不粘附于单独由几丁质纳米纤维制成的基材上，而该基材被认为是内皮细胞的粘附位点。当与化学改性的纤维素纳米纤维混合时，它表现出良好的细胞粘附性。此外，化学修饰的纤维素纳米纤维基底上的内皮细胞倾向于高度表达支持肝细胞生长的生长因子的基因。