力学的及び電気生理学的に成熟型となる心筋組織のin vitro培養法の確立

机械和电生理成熟心肌组织体外培养方法的建立

• 批准号: 21K16494
• 负责人: 笹井 雅夫
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Osaka University
• 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-21K16494/
• 关键词: 心筋成熟化; 回転浮遊培養; 培養法開発; 心筋; 成熟化

人工多能性幹細胞（iPSC）から分化誘導された心筋細胞は未熟型であることから、当該心筋細胞を薬剤評価に活用したり、再生医療として細胞治療に用いたりと、適した細胞の性質を有しているかどうかは疑義が生じる状態である。本研究では心筋成熟の培養法の開発を目指して、２つの培養法を複合させる条件検討及び評価に取組んだ。１つは心筋細胞が環状となる培養によりTraveling wave（TW）を引き起こし、電気的な刺激により成熟を促す方法と、回転浮遊培養によるShear stress（SS)を与え、物理的な刺激により成熟を促す方法である。両者を組み合わせて成熟をより促すことができるかを検討した。なお、コントロールとして、心筋細胞が環状とならない培養基材を用いた培養も同時に並行させた。検討条件として、TWを引き起こす培養及び培養期間を経て、その後、回転浮遊培養によるSSを与える培養プロセスにより、得られた細胞の特性を評価した。培養基材にはポリ乳酸コグリコール酸（PLGA）のナノファイバーを用いた。PLGAナノファイバー上に、iPSC由来心筋細胞（cTnT陽性細胞率として64.2％～91.2％）を播種し、3,5,7日後にMotion Analyzerによる拍動の解析（拍動回数、収縮及び弛緩の程度）を行った。7日後に回転浮遊培養系へ移行し、1週間の回転浮遊培養を行った。培養細胞を取り出し、ELISA、形態観察（免疫染色）、電子顕微鏡観察、細胞代謝物プロファイリングによって心筋成熟度の評価を行った。その結果、拍動に関してTWを引き起こすことで拍動回数と収縮速度の向上傾向が見られた。一方でサイトカイン産生能は類似しており、大きな変化が見られなかった。細胞代謝物プロファイリングではSSを加えることで細胞内のGlucoseやTCA回路に関連する因子が多く検出されたことから、心筋成熟が示唆された。

Human pluripotent stem cells (iPSC) か ら induction さ れ た heart muscle cells は unripe type で あ る こ と か ら, when the heart muscle cells を 薬 tonic review 価 に use し た り, regeneration medical と し て cell therapy に with い た り と, optimal し た cells の nature を し て い る か ど う か は doubt が raw じ る state で あ る. This study で は mature heart muscle の culture method の open 発 を refers し て, 2 つ の culture method を composite さ せ る conditions and び 検 please review 価 に take group ん だ. 1 つ は heart muscle cells が annular と な る cultivate に よ り'll wave (TW) を lead き up こ し, electricity 気 な stimulus に よ り mature と を promote す method, back to the planning planktonic cultivate に よ る Shear stress (SS) を な with え, physical stimulation に よ り mature を promote で す method あ る. Who struck を group み close わ せ て mature を よ り promote す こ と が で き る か を beg し 検 た. な お, コ ン ト ロ ー ル と し て, heart muscle cells が annular と な ら な い cultivation base material を with い た and cultivate も に parallel さ せ た. Beg conditions 検 と し て, TW を lead き こ す during cultivation and び を 経 て, そ の after, back to planning the floating cultivation に よ る SS を and え る cultivate プ ロ セ ス に よ り, ら れ の た cells を review 価 し た. The substrate for culture is に に ポリ ポリ lactic acid コグリコ を を た た acid (PLGA) ナノファ ナノファ バ を を を を た. PLGA ナ ノ フ ァ イ バ ー に, iPSC origin heart muscle cells (cTnT positive cells rate と し て 64.2% ~ 91.2%) を after seeding し, 3, 5, 7 に Motion Analyzer に よ る flapping の parsing (flapping back number, 収 shrinkage and び atony の degree) line を っ た. Seven days later, に return to the 転 plankton culture line へ transfer to 転, and within one week, <s:1> return to the 転 plankton culture を transfer to った. Cultured cells take り を し, ELISA and examines form 観 (immune staining), electronic 顕 micromirror 観 examine, cellular metabolite プ ロ フ ァ イ リ ン グ に よ っ て heart muscle maturity の review 価 を line っ た. そ の results, flapping に masato し て TW を lead き up こ す こ と で flapping back several と 収 shrinkage speed の upward tendency が see ら れ た. One side でサ でサ トカ トカ トカ トカ <s:1> can produce a <s:1> similar to てお てお てお and a large でサ な variation が see られな られな った った. Cellular metabolite プ ロ フ ァ イ リ ン グ で は SS を plus え る こ と の で cell Glucose や TCA loop に masato even す る factor more than が く 検 out さ れ た こ と か ら, mature heart muscle が in stopping さ れ た.