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ザ・「オルガノイド」 - 革新的な3次元培養で作製された“ミニ臓器”

[ 2018-06-14 ]

2017年のライフサイエンスの奇抜な技術は、何ですか?

一部の人々は、ノーベル化学賞を受賞したクライオ電子顕微鏡技術だと言います。一部の人々は、DNAとRNAシーケンシングと言ったり、当然CRISPRテクノロジーと言ったりしますが、Nature Methodsの回答はオルガノイド(Organoid)です。

 

オルガノイドとは? 

“ミニ臓器”と呼ばれたオルガノイドは、生体内の組織または臓器に極めて似ている3D(3次元)培養システムです。この3D培養システムは、分化した組織の複雑な空間的パターンを再現でき、細胞と細胞、細胞とマトリックスとの相互作用を示すことも可能です。理想的には、生体内の分化した組織と同様の生理学的応答を有します。2D(2次元)細胞培養モデルと異なり、オルガノイドは物理的、分子的および生理学的に組織と極めて類似しています。

 

オルガノイド:魅力な疾患治療ポテンシャル

オルガノイドに関する今後の研究は、発達障害、遺伝疾患、癌、および変性疾患などの疾患モデルに焦点が当てられます。患者由来のiPSCs(多能性幹細胞)を用いて、非常に貴重な疾患モデルの樹立が可能になっています。オルガノイドはヒト細胞から直接形成することができるため、薬物の有効性および毒性のより効果的な確認または検出を可能にします。オルガノイドによる薬物動態および毒性試験により、前臨床試験における動物の使用を大幅に減少させることができます。オルガノイドのおかげで、in vitroで移植用組織や臓器の作成をさらに進めることが可能です。

 

様々なオルガノイド(脳、腸、肝臓、腎臓、心臓など)

現在まで、3つの細胞系統(内胚葉、中胚葉と外胚葉)からの組織構造をモデル化するためのオルガノイド培養系が開発されました。異なる組織はそれら特定の培養方法を必要としますが、一般的には、適切な多能性幹細胞または組織特異的前駆細胞をMatrigel®に埋め込んで(または適切な細胞外マトリックス)培養できます。
オルガノイドは、幹細胞集団の維持に必要なin vivoシグナルを模倣する特定の増殖因子を含有する培地で増殖します。これらの条件下で、埋め込まれた細胞は増殖・自己組織化して、3Dオルガノイド構造になるオルガノイドは、無限に維持・継代する事ができます。
さらに肝前駆細胞のシングルセルをクローン増殖させ、継代3ヵ月の肝臓オルガノイドの全ゲノムシーケンシングは、1つの同義置換だけでした。現在までにオルガノイドのモデルは、様々な(脳、腸、肝臓、腎臓、心臓など)組織について記載されています。

マデリーン・ランカスター先生(Dr. Madeline Lancaster)の偶然の喜び:「ミニ脳」 

Madeline Lancaster, PhD ( Research Profile>> )

Principal Investigator, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK

2011年11月、ヒト胚性幹細胞(ES細胞)を様々なタイプのニューロン集団に分化するよう努めてきたMadeline Lancasterは、偶然に「ミニ脳」(脳オルガノイド)を作成しました。
培養していた細胞がプレート底面に付着せず、上に浮かんで奇妙なミルクのような球状懸濁液を形成していました。最初は、彼女が何だったのか分からず、顕微鏡下で注意深く観察した後、網膜の暗い細胞が発達していることに気付きました。その球の一つを切り取ったとき、様々な種類のニューロンが含まれていることがわかりました。これらの細胞は自己組織化して「ミニ脳」のようなものを形成していました。
細胞はわずかな刺激を加えることで、驚くほど複雑な構造に「組み立てる」ことができます。現在、研究者たちはより複雑で成熟し、より高い再現性を持つような技術を向上させるために熱心に取り組んでいます。

Madeline Lancasterらが発表した論文を基に、さらにオルガノイドの形成効率と再現性を高めるように最適化された「ミニ脳」培地 STEMdiff Cerebral Organoid Kit>> 

ハンス・クレバース先生(Dr. Hans Clevers)の個性的な器官:「ミニ腸」

Hans Clevers, PhD, MD ( Research Profile>>

Group Leader, Hubrecht Institute, Netherlands

オランダHubrecht Organoid Technology:The HUB研究所のHans Cleavers研究チームは、腸管幹細胞を用いて腸管オルガノイド(「ミニ腸」)の培養に成功しました。得られた「ミニ腸」は、多くの突出した中空ボール(典型的な腸の絨毛および陰窩(intestinal crypts))があり、実際の腸の構造とほぼ同じです。従って「ミニ腸」は、臨床薬物スクリーニングや疾患治療のための薬物の標的選択に使用することが可能です。

彼らは培養した「ミニ腸」を用いて、治療薬のスクリーニングに使用し、Kalydeco(嚢胞性線維症治療薬)が100人の嚢胞性線維症患者に対して治療効果を有することが判明しました。

Hans Clevers法に基づいて開発された「ミニ腸」培地IntestiCult Organoid Growth Medium
ヒト用>>  マウス用>> 

武部 貴則 先生(Dr. Takanori Takebe)の「肝芽」-「ミニ肝臓」

Takanori Takebe, MD, PhD( Research Profile>> )

Assistant Professor, UC Department of Pediatrics, Cincinnati Children’s Hospital
(現:Professor, Advanced Medical Research Center, Yokohama City University, Japan)

横浜市立大学大学院の武部 貴則 教授は、2010年にコロンビア大学の臓器移植部門にご所属の時、一部の肝不全患者が移植臓器の不足が原因で死亡したのを目の当たりにし、「肝臓を作る」ことを志しました。
武部先生らは、ヒトiPS細胞から分化誘導した肝内胚葉細胞、血管内皮細胞、間葉系細胞を共培養し2ヶ月後、自発的に3次元的に構造化されたレンズ豆サイズの「肝芽」(妊娠5週の胎児肝臓に類似)に成長させる事に成功させました。
彼らは、肝不全をシュミレーションするため、まずいくつかの毒性薬物でマウスの正常な肝機能を失わせました。その1ヶ月後「肝芽」移植を受けたマウスは生存しましたが、受けていないマウスはほぼ死亡したことを確認しました。何万個の「肝芽」を肝不全患者の肝臓に注入できれば、肝移植を必要とせずに多くの肝機能を回復に役立つと期待されています。

Metrixwell Huch法(Huch et al., Nature 2013)に基づいて改良した、よりシンプルな「ミニ肝臓」培養系>> 

Meritxell Huch法(Huch et al., EMBO J. 2013)法に基づいて開発された「ミニ膵臓」培地>> 

参考文献

 

 

製品リスト

商品コード

商品名

梱包単位

ST-06010

IntestiCult Organoid Growth Medium (Human)

Kit

ST-06005

IntestiCult Organoid Growth Medium (Mouse)

Kit

ST-70931

Mouse Intestinal Organoids

200Organoids

ST-08570

STEMdiff Cerebral Organoid Kit

Kit

ST-08571

STEMdiff Cerebral Organoid Maturation Kit

Kit

ST-06030

HepatiCult Mouse Organoid Growth Medium

Kit

ST-70932

Mouse Hepatic Organoids

 

ST-06040

PancreaCult Organoid Growth Medium (Mouse)

Kit

ST-70933

Mouse Pancreatic Organoids

200 Organoids

 

 

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