Establishment of a research platform for individual differences in radiation exposure effects using induced pluripotent stem cells and advanced microscopy

利用诱导多能干细胞和先进显微镜建立辐射暴露效应个体差异研究平台

• 批准号: 21H03599
• 负责人: 渡邉 朋信
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: Hiroshima 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-21H03599/
• 关键词: 放射線被ばく障害; 低線量域; ラマン散乱スペクトル計測; iPS細胞技術; 個人差研究; 放射線被ばく影響; 光学顕微鏡; 停戦領域; ラマン散乱分光計測; 一分子計測; 低線放射線被ばく影響

2022年度は、2021年度に列挙された問題点を回避または解決するように詳細計画を変更しつつ、最終目的達成のための主に以下三項目をついて実施した。(1)市販されている人種の異なる5種類のヒトiPS細胞株の胚様体に対し、0.0～4.0グレイまでのγ線を照射し、その後の成長速度、および、ラマン散乱スペクトル計測を実施した。順次、繰り返しデータ収集を行っており、本年度末で、253G1, 648A1の2株について統計解析できる程度のデータが確保できた。解析の結果から、放射線被ばく後の胚様体の成長度およびラマン散乱スペクトルは、線量2.0グレイを境に、253G1株と648A1株で反応が異なっており、それらのデータ間に相関があることが示唆された。(2)（昨年度より）過去に報告されていたマウス胚性幹細胞の放射線照射による晩発性心筋分化不全について、ヒトiPS細胞を用いた再現実験を行ってきたが、本年度で終了した。ヒトiPS細胞でも、放射線照射後に生存した細胞は分化多能性を維持し、心筋細胞にまで正しく分化すること、また、分化した心筋細胞の一部は機能不全を有することが明らかになった。これにより、ヒトiPS細胞に対する放射線被ばくによる晩発性機能不全発症実験モデルが確立できたと言える。(3)ラマン散乱スペクトル計測の効率化のため、固定細胞を用いたアッセイ系の確立を目指していたが、細胞内要物の漏出が胚様体全体で一様でない、などの理由により、計測系の安定性が低下した。代替法として急速凍結法を適用した。放射線照射後の胚様体を急速凍結し、（計測前に）溶解したのち単分散させ再度胚様体が形成されるまで培養する。その胚様体のラマン散乱スペクトルを計測する。この方法では、比較可能な項目は修復/回復されなかった影響に限定されるが、効率かつ安定な計測が実現できた。

In 2022 and 2021, the following three items will be implemented in the main part of the project: (1)The growth rate, growth rate and differentiation of 5 kinds of iPS cell lines were measured after irradiation with gamma rays from 0.0 to 4.0. In turn, the collection of 253G1, 648A1 plants was analyzed statistically at the end of the year. The analysis results show that the growth of embryos after radiation exposure is too high, the radiation amount is 2.0, the strain 253G1 and the strain 648A1 are different, and the correlation between them is too high. (2)(Last year's report) In the past, we reported that the radiation irradiation of embryonic stem cells was not complete, and the use of iPS cells was not complete. This year's report ended. iPS cells survive after radiation exposure and maintain pluripotency of differentiation, while cardiac muscle cells are differentiated and partially functional. This is the first time that a person has been exposed to radiation from an iPS cell. (3)The efficiency of the measurement of scattered cells, the establishment of fixed cell systems, the leakage of intracellular substances and the whole embryo, the reasons for this, and the stability of the measurement system are low. The alternative is to freeze quickly. After irradiation, embryos are rapidly frozen, dissolved (before measurement), dispersed, and re-cultured. All kinds of materials are scattered and measured. This method compares possible items to repair/restore effects, limits efficiency, and stability measurements.

项目成果

ラマン散乱スペクトルの「揺らぎ」から細胞分化を予測する

根据拉曼散射光谱的“波动”预测细胞分化

• 发表时间: 2022
• 作者: Yasuhara Takaaki;Kato Reona;Yamauchi Motohiro;Uchihara Yuki;Zou Lee;Miyagawa Kiyoshi;Shibata Atsushi;渡邉朋信
• 通讯作者: 渡邉朋信

Investigation of acquired cardiomyopathy on iPS differentiation by radiation based on advanced optical microscopy

基于先进光学显微镜研究获得性心肌病对 iPS 放射分化的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Niwano M.;Box J. E.;Wehrle A.;Vandecrux B.;Colgan W. T.;Cappelen J.;香川雅和，長嶋萌子，東奈穂，森岡和大，東海林敦，辺見彰秀，村上博哉，手嶋紀雄，梅村知也，内山一美，中嶋秀;渡邉朋信
• 通讯作者: 渡邉朋信

ラマン散乱スペクトルの揺らぎによる細胞の状態遷移予測

基于拉曼散射光谱波动的细胞状态转变预测

• 发表时间: 2022
• 作者: Shibata Atsushi;渡邉朋信
• 通讯作者: 渡邉朋信

ＥＳ細胞またはｉＰＳ細胞の評価装置および評価方法

ES细胞或iPS细胞的评价装置及方法

• 发表时间: 2022