ES細胞・iPS細胞の機能制御を可能とする新規荷電性培養基板の開発

开发新型带电培养基质，可实现 ES 细胞和 iPS 细胞的功能控制

• 批准号: 21K15357
• 负责人: 廣田 聡
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University (2022)Hokkaido University (2021)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15357/
• 关键词: ES/iPS細胞; ハイドロゲル; バイオマテリアル; 幹細胞ニッチ

ES細胞やiPS細胞などの高度な多能性を持つ幹細胞は再生医療の基盤資源である。しかし、その維持や分化誘導は多種類の増殖因子を必要とし、高いコストや再現性、効率に課題が残されている。この問題を解決するため、本研究では従来にない視点で、新規培養基板を開発する。すなわち、表面電荷の制御可能な合成ハイドロゲルを用いて、ES/iPS細胞の幹細胞性や分化制御が可能な革新的培養基板を創出する。すでに、申請者は、未分化細胞と分化細胞では維持・増殖・分化に適した足場の電荷が異なることを見出している。また、NGSを用いた遺伝子プロファイルの解析により、正電荷をもつ合成ハイドロゲル上で分化誘導をおこなった際に分化抵抗性を示していた細胞は、Epiblast stem cells (EpiSCs)のようなPrimed型ではなく、むしろ未分化能の高いNaive型ES細胞に近い遺伝子発現プロファイルを示していることを明らかにした。より詳細に遺伝子発現パターンの変化を解析したところ、正電荷ゲル上で分化誘導を行った細胞では、未分化維持に関わるKlf4、Klf2、Klf5の発現量が維持されていた。さらに、これらの上流シグナルを明らかにするため阻害剤による検討をおこなったところ、ERK5経路が関わっている可能性が示唆された。今後は、荷電性ハイドロゲルがヒト多能性幹細胞に与える影響を解析する。これら一連の結果から得られる体系的な理解により、幹細胞性を制御する新たなバイオマテリアルの創出を実現する。

ES细胞和iPS细胞等高度多能干细胞是再生医学的基础资源。然而，其维持和分化诱导需要多种类型的生长因子，并且在高成本、重复性和效率方面仍然存在问题。为了解决这个问题，本研究将从非常规的角度开发一种新的培养基质。换句话说，通过使用具有可控表面电荷的合成水凝胶，我们将创建一种可以控制ES/iPS细胞的干性和分化的创新培养基质。申请人已经发现，未分化细胞和分化细胞在适合维持、增殖和分化的支架上具有不同的电荷。此外，使用 NGS 进行的基因图谱分析表明，在带正电的合成水凝胶上诱导分化时，对分化具有抵抗力的细胞并不是外胚层干细胞 (EpiSC) 等引发细胞，而是显示出与外胚层干细胞 (EpiSC) 类似的基因表达谱。具有高未分化潜力的初始 ES 细胞。对基因表达模式变化的更详细分析表明，在带正电荷的凝胶上诱导分化的细胞中，参与维持未分化的Klf4、Klf2和Klf5的表达水平得以维持。此外，为了澄清这些上游信号，我们使用抑制剂进行了研究，结果表明ERK5途径可能参与其中。未来，我们将分析带电水凝胶对人类多能干细胞的影响。从这一系列结果中获得的系统理解将导致控制干性的新生物材料的产生。