Dynamic analysis of tissue development by 3D culture platform

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当該年度は、①ハイドロゲルの空間局在制御、②液性因子の時空間濃度勾配制御、の2つの技術を確立し、論文発表を行った。ハイドロゲルの空間局在制御では、断面がL字型のフレームで囲まれた空間（ユニット）を複数持ち、ゲルを表面張力のみで各ユニットにとどめることで、複数のゲルを空間的に配置するキューブ型の培養プラットフォーム「MultiCUBE」を開発した。隣り合うユニット間でゲル同士は接触しているが、ゲルの粘性が高いこともあり、すぐには混じり合わない。ゲルの配置が終わった後にゲルを架橋し固めると、ゲル間に物理的境界がなく細胞が行き来できる一方、位置によってゲル内部の成分が異なる状態になる。これにより、細胞に空間的な情報を与えられるようになり、異なる物性を持つゲルを立体的に配置するだけでなく、特定の成長因子や細胞をあらかじめゲルに混ぜておくことで、細胞に複数要素の空間的局在を与えることができるようになった。さらに、CUBE型の培養器内でオルガノイドに特定因子の濃度勾配を与える「Gradient-in-CUBEシステム」を開発した。本システムを用いて、iPS細胞塊から、恣意的な方向に神経外胚葉と中胚葉の分子マーカーが局在するオルガノイドを作製することができた。作製したオルガノイドは、与えた濃度勾配の方向を見失うことなく解析が可能であり、オルガノイド培養から体軸方向付与・解析までシームレスな実験ワークフローを確立した。工学技術に不慣れな実験者にも容易に扱えるプラットフォームであり、広く活用されることが期待できる。