Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

胎児循環 / 低酸素 / アミノ酸 / 心筋細胞 / 細胞分裂 / 心筋肥大 / 不整脈 / 胎盤 / 細胞周期 / 心筋分裂 / 細胞分化 / 有袋類 / 分裂能 / 胎児ヘモグロビン / コネクチン / Novex-3 / 酸素環境 / 再生医療 / 栄養シグナル / 心筋細胞分裂制御 / 酸素分圧

生体は多彩な細胞で構成されるが、元は１個の受精卵であり細胞分裂を繰り返して各々の機能を獲得していく。その仕組みにおいて遺伝子など分子ネットワークが重要な役割を果たしているが、本研究では胎児循環を酸素やアミノ酸に対する独自の輸送特性によって胎児生体機能を制御する情報システムとして捉え、心筋細胞の分裂・分化に焦点を当て解析した胎児循環では酸素濃度が低く、出生に伴い高濃度酸素に曝露されるが、その環境変化を情報として利用している仕組みを解明した。主要因子としてFam64aを同定し、胎生期に細胞分裂を活発に行う心筋細胞が出生後分裂能を失うメカニズムやその応用として心筋障害時の機能回復に関して検討した。

再生医療の実現を目指してiPS細胞など多能性を持つ細胞から様々な細胞への分化誘導の研究が精力的に進められている。出生直後に分裂能を失い心筋梗塞などの疾病後にも増殖しない心筋細胞は再生医療のニーズの高い有望なターゲットとして注目され、より高い分化・純度を求めて多くの誘導因子が報告されている。本研究では成体内での発達過程における環境として酸素およびアミノ酸濃度に着目して心筋細胞の分裂能制御メカニズムの解明に取り組んだ。出生に伴う酸素濃度変化による心筋細胞の分裂能喪失の分子メカニズムに迫ると共に、短時間の高濃度酸素曝露でも分裂能が低下することが明らかになり、効率的組織培養への知見を得ることが出来た。

再生医療 / 毛髪再生 / 毛包新生 / 細胞移植 / 幹細胞 / 毛乳頭細胞 / 毛根鞘細胞 / 低酸素 / 再生医学 / 毛包再生 / 毛包幹細胞

脱毛症に対する先進医療として、細胞を用いた毛髪再生医療が注目されている。毛包由来の毛乳頭細胞を用いた基礎研究が多く行われる中、未だにヒト細胞から構成される毛包の新生は実現していない。近年、毛包を構成する真皮毛根鞘に比較的未分化な細胞が多く存在することが明らかになってきた。この真皮毛根鞘に存在する間葉系細胞である真皮毛根鞘細胞に着目し、臨床応用可能な毛髪再生治療を開発することが本研究の目的である。本年度は、まず臨床検体の採取と毛包由来の毛乳頭細胞および真皮毛根鞘細胞の初代培養を行った。患者からの提供検体に付属する毛包を採取し、毛乳頭と毛根鞘をそれぞれ単離した。大気酸素下または低酸素下で細胞培養を行ったところ、いずれの場合も細胞の増幅が可能であったが、特に真皮毛根鞘細胞は低酸素環境下で増殖活性が増大した。細胞移植による治療には細胞の増幅が不可欠であるが、毛乳頭細胞よりも増殖活性の低い真皮毛根鞘細胞の増幅を得るためには低酸素環境下での培養が有効であることを確認できた。次に増幅後の培養細胞を用いて遺伝子発現解析を行った。細胞内に発現している多分化能関連遺伝子のmRNA量をRT-PCRで解析したところ、真皮毛根鞘細胞ではSOX2の発現が毛乳頭細胞と比較して40倍以上高値を示した。真皮毛根鞘細胞は毛包再構築の主体となる毛乳頭細胞とは異なる特徴をもつこと、および毛包新生を実現するための移植細胞ツールとして高い潜在性を有することが確認できた。

内皮細胞 / 毛細血管 / 再生医療 / 血管新生 / 内皮前駆細胞 / 低酸素 / コラーゲンゲル / バイオメカニクス / 基質 / コラーゲン / 足場構造

再生臓器の実現のためには、細胞集合体への酸素供給のための血管ネットワークが必要となり、特に3次元細胞組織中に深く侵入するような3次元のネットワーク形成が必要である。本研究では、3次元的に血管ネットワークが深く侵入する力学的刺激の最適条件、さらに内皮前駆細胞を用いた場合や、増殖因子(bFGF,VEGF)、低酸素による増殖誘導によるネットワーク形成の環境要因を明らかにする。特に18年度では、内皮前駆細胞の分化誘導の大きな潜在力を明らかにする。既に虚血部位に患者の骨髄から採取した内皮前駆細胞を注入すると、血管新生が著しく促進されるという再生医療による治療が行われている。従って、内皮前駆細胞は分化誘導の能力を十分に有していることが予想され、内皮前駆細胞に対して、力学的刺激が複合的に作用した際の毛細血管ネットワーク形成が促進される様子を明らかにした。
1.内皮前駆細胞の存在により毛細血管3次元ネットワーク形成が著しく促進され、前駆細胞からの液性因子の効果が明らかになった。
2.増殖因子の濃度勾配による促進効果については、濃度勾配により毛細血管ネットワークが深く侵入することが明らかになった。ただ、増殖因子の濃度勾配を維持することが困難でさらなる検討が必要である。
3.ゲルの硬さによる侵入深さへの影響:硬いゲルの場合、内皮細胞との相互作用の結果、毛細血管が深く侵入することが明らかになった。内皮細胞は、基質の力学的性質に極めて敏感であり、その結果として、毛細血管形成に大きな影響を与えることが分かった。
4.低酸素状態での液性因子の効果が極めて大きく、特に酸素の濃度勾配を与えることによって、大きく毛細血管3次元ネットワーク形成が促進されることが分かった。

【研究分担者】
塚田孝祐	慶應義塾大学	理工学部(矢上)	教授	(Kakenデータベース)
花島章	川崎医科大学	医学部	講師	(Kakenデータベース)
橋本謙	川崎医科大学	医学部	准教授	(Kakenデータベース)
氏原嘉洋	名古屋工業大学	工学(系)研究科(研究院)	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
池田満里子	慶應義塾大学	名誉教授	(Kakenデータベース)
梅澤一夫	慶應義塾大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)
須藤亮	慶應義塾大学	大学院理工学研究科	特別研究助手	(Kakenデータベース)
工藤奨	芝浦工業大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)