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，原发性人肝细胞主要用于对新型药物的肝毒性评估，但是由于有限的可用性和大量差异，很难稳定的毒性评估。另一方面，源自IPS细胞的肝细胞几乎可以无限地增殖，提供稳定的细胞供应源，但挑战是肝功能（例如药物代谢酶活性）低于原代培养物中的肝功能。 Therefore, this study aims to improve the function of iPS cell-derived hepatocytes by utilizing the "solid glycan interface" and "nanofiber shape" of tree-derived cellulose nanofibers, which are attracting attention as forest-based nanomaterials, and chitin nanofibers, a seafood resource, to create a cell culture substrate focusing on promoting cell-cell communication.在今年，与去年一样，我们使用各种具有不同官能团，纤维长度和晶体形状的纳米纤维素制备了培养基底物，以改善使用纳米纤维素的肝细胞功能。将人肝癌细胞（HEPG2细胞）作为在制备底物上的肝细胞的模型，并对与肝功能相关的基因进行了表达分析。结果，使用纤维素纳米纤维在底物上培养的HEPG2细胞高度表达了白蛋白基因，即使在培养日延长后，表达也保持很高。今年，我们还致力于培养脐带内皮细胞，作为正弦内皮细胞支持肝细胞生长和肝功能的模型。当脐带内皮细胞被培养在由纤维素或几丁质纳米纤维制成的底物上培养时，据揭示了内皮细胞并未粘附在单独的几壳蛋白纳米纤维的底物上，这些纳米纤维的底物预计会粘附在内皮细胞上。与化学修饰的纤维素纳米纤维混合表现出良好的细胞粘附。此外，化学修饰的纤维素纳米纤维底物上的内皮细胞倾向于表达基因的高表达，以支持支持肝细胞生长的生长因子。