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ナノテク情報

ライフ・医療

ゼラチンナノファイバー培養基材で高多能性細胞種の単離に成功 ~高品質なヒトiPS細胞の供給に期待~

 京都大学と大阪大学は2018年6月29日,京都大学大学院工学研究科 劉 莉 特定准教授(研究当時,現:大阪大学大学院医学系研究科特任准教授),同 小寺秀俊 教授(研究当時,現:理化学研究所理事),京都大学iPS細胞研究所 沖田圭介 講師,北京大学生物定量センター 湯超 教授らの研究グループが,ゼラチンナノファイバー技術とマイクロ加工技術を融合して,ヒトiPS細胞を単離・培養する基盤的なシステムを開発し,世界で初めてヒトiPS細胞から多能性能が高いサブタイプ細胞の単離と培養に成功した,と発表した.本研究は,文部科学省「科学研究費補助金」と文部科学省・国立研究開発法人 科学技術振興機構によるCOIプログラムの支援を受けて行われ,成果は米国の科学誌Stem Cell Reportsのオンライン版で公開された(注).

 現在のiPS細胞の作製技術は,大量に採取した体細胞に初期化遺伝子を導入し,得られた初期化コロニーを増殖させるという手法が採られている.このようにして得られるコロニーは単一クローンである保証はなく,細胞ごとに分化指向性の異なる不均一な集団である場合もあり,創薬研究の再現性や再生医療の安全性に対する影響が懸念されている.劉 莉 特定准教授らのグループは,これまで,独自に開発したゼラチンナノファイバー(GNF)足場材料上で,ヒト多機能性幹細胞(ES/iPS細胞)の長期培養を行ってきた.本研究では,この技術とマイクロ加工技術を融合してGNF足場に微細なくぼみ(マイクロウェル)を多数設け,単離したシングル細胞をそれぞれのくぼみで培養する手法が開発された.この培養基材は,上層がポリジメチルシロキサン(PDMS),下層が低接着性GNFからなる2層構成であり,上層はシングル細胞を分離培養,下層は細胞の長期培養の培地機能を有している.GNF層はゼラチン溶液からエレクトロスピニング法で作製され,それを化学的に架橋したもの,上層となるPDMS層は,表面に高さ100μmのピラーを多数形成したシリコンウェハーを型とし,その上にスピンコート法で作製された膜である.

 実験では,ヒトのiPS細胞培養液から,単層フィルム状とドーム状の2種類の形態の異なるコロニーのシングル細胞を単離し,同一の培養基材の異なるくぼみで培養した.単層フィルム状のサブタイプに比べドーム状のサブタイプの特性は培養基材に敏感な傾向が見られ,接着性の強いGNF基材ではドーム状のサブタイプは単層フィルム状の形態を呈した.継代培養の結果,20回以上の継代後でも同一培地でありながら,それぞれのコロニーには,初めのサブタイプの形態と多能性が安定に維持されていることが確認された.本研究によりGNFは細胞培養基材として,多能性が高いヒトiPSのサブタイプ細胞の培養に適していることが判明した.

 今後,研究グループは,再生医療の現場で,均一で高品質な臨床グレードの初期化細胞の提供を目指して行きたいとしている.

(注)Leqian Yu, Junjun Li, Jiayin Hong, Yasuhiro Takashima, Nanae Fujimoto, Minako Nakajima, Akihisa Yamamoto, Xiaofeng Dong, Yujiao Dang, Yu Hou, Wei Yang, Itsunari Minami, Keisuke Okita, Motomu Tanaka, Chunxiong Luo, Fuchou Tang, Yong Chen, Chao Tang, Hidetoshi Kotera and Li Liu, "Low Cell-Matrix Adhesion Reveals Two Subtypes of Human Pluripotent Stem Cells", Stem Cell Reports, Available online 28 June 2018; In Press, Corrected Proof; doi: 10.1016/j.stemcr.2018.06.003