Elucidation of mechanism of ischemia-reperfusion injury using heart-, brain-, and kidney-on-a-chips

使用心脏、大脑和肾脏芯片阐明缺血再灌注损伤的机制

• 批准号: 20H04518
• 负责人: 高橋 賢
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04518/
• 关键词: 心筋梗塞; 脳梗塞; 腎臓移植; 虚血再灌流障害; 臓器チップ; 活性酸素種(ROS); 一酸化窒素(NO)

本課題は「ヒトの心筋梗塞、脳梗塞、および移植時の臓器障害に共通する病態メカニズムは存在するか」を核心をなす学術的な問いとして研究を行なっている。この共通の病態メカニズムに、細胞に発現しているイオンチャネルである一過性受容器電位チャネルサブタイプ M4 (TRPM4)の活動が関与していると仮定している。2022年の研究において、TRPM4遺伝子をCRISPRノックアウトしたヒトiPS細胞は、野生型細胞とほぼ同様の速度で増殖し、自発的収縮を示す心筋細胞に分化誘導できることを明らかにした。次に、虚血再灌流状態で発生する活性酸素種(ROS)の発生機構解明のため、マイクロ流体チップ上で培養した血管内皮細胞を用い、ROSおよび一酸化窒素(NO)のライブイメージングを行った。NOイメージングでは、高血圧を模擬した圧力刺激に対するNOの放出が見られた。また、心臓の拡張を模擬する伸展刺激を加えたときにもNOの放出が見られた。iPS細胞から心筋細胞への分化誘導度をトランズウェルとマイクロ流体チップとで比べたところ、心筋の自発的な収縮が見られたのはチップでは分化誘導開始後 16 日目だったのに対し、トランスウェルでは 23 日目だった。また、心筋細胞の特異的マーカーである心臓トロポニンTの発現量は、トランズウェルよりもチップの方が高かった。このことは、iPS細胞から心筋への分化誘導には、培地の灌流を行わないトランズウェルよりも、灌流を行うマイクロ流体チップの方が有利であることを示している。これらの成果により、European Heart Journal誌などで論文2報、欧州心臓病学会などで学会発表7件を行なった（招待講演1件、国際学会3件）。

This project is a core academic research project on the common pathologies of myocardial infarction, myocardial infarction, and organ dysfunction during transplantation. The common pathologies, cell development, transient response to vessel potential, and activity of TRPM4 are closely related to these pathologies. In the 2022 study, TRPM4 gene expression in CRISPR cells increased at the same rate as wild-type cells, and spontaneous contraction showed induction of cardiac differentiation. The mechanism of ROS production during reperfusion and hypoperfusion was investigated. The endothelial cells were cultured in fluid and ROS production and NO production were investigated. NO emission due to high blood pressure stimulation The release of NO was observed. The differentiation induction degree of iPS cells was 16 days after the initiation of differentiation induction, and 23 days after the initiation of differentiation induction. The amount of protein that can be produced in the muscle cells is very high. The differentiation of iPS cells is induced by perfusion, and the method of perfusion is beneficial. 2 papers published in the European Heart Journal, 7 presentations by the European Heart Society (1 guest lecture, 3 international societies)

项目成果

Live imaging of nitric oxide release in vascular endothelial cells in response to mechanical stimuli on an organ chip

血管内皮细胞响应器官芯片上的机械刺激而释放一氧化氮的实时成像

• DOI: 10.1093/eurheartj/ehac544.3027
• 发表时间: 2022
• 期刊: European Heart Journal
• 影响因子: 39.3
• 作者: Takahashi K;Liu Y;Wang M;Liang Y;Naruse K
• 通讯作者: Naruse K

Development and functional characterization of a model of human heart using organ-on-a-chip

使用器官芯片开发人类心脏模型并进行功能表征

• 发表时间: 2021
• 作者: Yin Liang;Mengxue Wang;Keiji Naruse;Ken Takahashi;Takahashi K;Takahashi K;Takahashi K
• 通讯作者: Takahashi K

Role of the TRPM4 channel in mitochondrial function, calcium release, and ROS generation in oxidative stress

TRPM4 通道在氧化应激中线粒体功能、钙释放和 ROS 生成中的作用

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.077
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biochemical and Biophysical Research Communications
• 影响因子: 3.1
• 作者: Wang Chen;Chen Jian;Wang Mengxue;Naruse Keiji;Takahashi Ken
• 通讯作者: Takahashi Ken

Mechanical stretch facilitates cardiomyocyte differentiation of human-induced pluripotent stem cells co-cultured with human gingival fibroblasts

机械拉伸促进人诱导多能干细胞与人牙龈成纤维细胞共培养的心肌细胞分化

• 发表时间: 2022
• 作者: Ken Takahashi;Harumi Idei;Mengxue Wang;Yusuke Matsuda;Hiroshi Kamioka;Keiji Naruse
• 通讯作者: Keiji Naruse

Development of human organ model using organ-on-a-chip and its application

器官芯片人体器官模型的研制及其应用

• 发表时间: 2021
• 作者: Maki S;Otsuka S;Nakagawa S;山岡 哲二;出沢 真理;Takahashi K
• 通讯作者: Takahashi K