Gut-Liver-on-a-Chip to investigate the progression mechanisms of non-alcoholic fatty liver diseases

肠道肝脏芯片研究非酒精性脂肪肝疾病的进展机制

• 批准号: 21H01728
• 负责人: 亀井 謙一郎
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01728/
• 关键词: 非アルコール性脂肪肝炎; ヒト多能性幹細胞; マイクロ流体デバイス; 組織チップ; 病態モデル; 非アルコール性脂肪肝疾患; 腸肝連関; オルガノイド; 多組織チップ; 肝臓; 小腸; 分化誘導; 非アルコール性脂肪性肝疾患; センサ

本研究では、生体内におけるヒトの生理学的・病理学的状態の再現するために、ヒト多能性幹細胞からより機能的な目的組織へと分化誘導することができる手法の開発と、そのBoC内での培養に取り組んできた。BoC内で培養した腸肝連関の非アルコール性脂肪性肝疾患（NAFLD）を作成するために、小腸側にリポポリ多糖を炎症誘引物質として添加し、炎症性サイトカイン（TNF-α）や一酸化窒素（NO）などの放出挙動を評価した。現在は、組織連結と組織機能、及び炎症反応の関連性についてBoCを用いて解析を行った。それらの研究成果を国際科学誌であるCommunications BiologyやBiomicrofluidicsなどにて発表した。また昨年度までは細胞株を使用していたので、本年度では、ヒト多能性幹細胞由来小腸細胞・肝臓細胞を使用し、NAFLDの発症・進行機構の解明に取り組む。この機構解明に関しては、NAFLDを誘引する遊離脂肪酸による各組織細胞の代謝活性変化やRNA-seq法などによる遺伝子解析により、組織の表現型変化だけでなく、細胞内シグナル伝達変化についても詳細な解析を進めていく。また、小腸のバリア機能を評価するために経上皮細胞電気抵抗測定（TEER）をBOC内において測定する電極の実装にも取り組んでいる。本研究では、これまでに電極配置や形状によって、その感度などが顕著に変動することを明らかにした。また使用する電極材料が金であるため、TEER電極設置と顕微鏡観察における視認性はトレードオフの関係になる。本研究では、視認性を適度に確保しながらも、TEER測定を高感度に行うことができる電極配置を設計することに取り組む。本アプローチとしては、トポロジー最適化という形状決定法を応用することになる。

In this study, the physiological and pathological state of pluripotent stem cells was reproduced in vivo, and the functional tissue and differentiation induction of pluripotent stem cells were developed and cultured in vitro. The production of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) in BoC culture and the evaluation of inflammatory response to TNF-α and NO release from the small intestine Now, tissue links, tissue function, and inflammation are related to the use of BoC analysis. The results of this research were published in the International Journal of Science, Communications Biology and Biomicrofluidics. This year, pluripotent stem cells are derived from small intestine cells and liver cells, and NAFLD is diagnosed and analyzed. The mechanism analysis of free fatty acids induced by NAFLD, metabolic activity of cells in various tissues, RNA-seq method, gene analysis, phenotype analysis of tissues, intracellular transformation, and detailed analysis. For evaluation of intestinal function, the measurement of epithelial cell electrical resistance (TEER) is performed in the BOC. In this study, the electrode configuration, shape and sensitivity were studied. The relationship between the electrode material used and the TEER electrode setting and the visibility of the micro-mirror is discussed. In this study, the electrode configuration was designed to ensure proper visibility and high sensitivity of TEER measurements. This method of shape determination is used to optimize the shape of the object.

项目成果

培養液循環装置

培养液循环装置

• 发表时间: 2021

An efficient simplified method for the generation of corneal epithelial cells from human pluripotent stem cells

• DOI: 10.1007/s13577-022-00713-5
• 发表时间: 2022-05-12
• 期刊: HUMAN CELL
• 影响因子: 4.3
• 作者: Abdalkader, Rodi;Kamei, Ken-ichiro
• 通讯作者: Kamei, Ken-ichiro

Gut-liver-axis microphysiological system for studying cellular fluidic shear stress and inter-tissue interaction

用于研究细胞流体剪切应力和组织间相互作用的肠-肝轴微生理系统

• DOI: 10.1063/5.0088232
• 发表时间: 2022
• 期刊: Biomicrofluidics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Yang Jiandong;Imamura Satoshi;Hirai Yoshikazu;Tsuchiya Toshiyuki;Tabata Osamu;Kamei Ken-ichiro
• 通讯作者: Kamei Ken-ichiro