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2024/07/01

オルガノイド研究向けの培養ツールまとめ（STEMCELL Technologies社）

用途別細胞培養

オルガノイド（organoid）とは、臓器の主要な特徴を組み込んだ3次元（3D）の細胞培養物です。これらのin vitro の培養系には自己複製能を持つ幹細胞集団が含まれているため、複数の臓器特異的な細胞タイプに分化し、臓器と同様の空間的な構成のもと、in vivo の複雑な微小構造および機能を模倣することが可能になります。
オルガノイドは、成体幹細胞を含む組織サンプル、単一の成体幹細胞、または多能性幹細胞（ES/iPS細胞）からの分化によって、さまざまな臓器に対応する培養系を樹立できます。

本稿では、オルガノイド研究に役立つ主なプロトコルやアプリケーションなどの技術情報を、臓器ごとにご紹介します。

オルガノイドの基礎知識
腸オルガノイド
脳・神経オルガノイド
肺オルガノイド
腎臓オルガノイド
肝臓オルガノイド
胃オルガノイド
血管オルガノイド
膵臓オルガノイド
その他のオルガノイド
関連製品

オルガノイドの基礎知識

オルガノイドの理解と研究全般に役立つ情報をご紹介します。

なお、掲載した情報は一部です。さらに詳しく知りたい方は冊子「オルガノイド培養ハンドブック」もご参照ください：

概要	画像をクリックするとリンクが開きます
オルガノイド研究技術集（電子書籍） Organoid Research Techniques: Evolution and Applications オルガノイド研究技術の実用的なe-book です。オルガノイドの開発から最新のアプリケーション、将来の展望まで、オルガノイド技術の進化を紹介します。（e-book のダウンロードにはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）
オルガノイドのさまざまな活用（記事：ラーニングコーナー）毒性試験や疾患モデルなど、オルガノイドを活用した海外での研究事例を紹介します。
オルガノイドによる動的モデル化（ポスター） Dynamic Modeling in Organoids 感染、再生、腫瘍、先天性疾患など、健康関連の研究でオルガノイドを利用する方法をまとめました。

腸オルガノイド

腸オルガノイドの概要

腸上皮は急速に再生する組織で、4～5日ごとに細胞が完全に入れ替わります。腸管幹細胞は、腸のニッチで特定のシグナルを受けて自己複製と腸上皮再生を担っており、このニッチシグナルの理解が腸オルガノイド培養条件の開発につながりました。
腸オルガノイドは、in vivo の腸組織と生理学的に関連した特徴を多く組み込んだ、3 次元（3D）の in vitro 組織モデルです。腸オルガノイドには機能性内腔を囲む極性化した上皮層が含まれており、腸上皮のすべての細胞型がin vivo の比率と相対的空間配置を再現して存在します。
腸オルガノイドは、小腸や結腸の組織（成体幹細胞）またはヒト多能性幹細胞（hPSC）から樹立でき、後者には腸上皮に加え腸管幹細胞ニッチシグナル伝達に関連する間葉系細胞の区画も組み込まれます。

腸オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、腸オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

脳・神経オルガノイド

脳・神経オルガノイドの概要

ヒトの脳・神経オルガノイドは、実用的および倫理的な観点から、初代細胞や摘出した組織ではなく多能性幹細胞（hPSC）を分化させて樹立します。これらの脳・神経オルガノイドを培養することで、ヒト脳の発生中の細胞組成と3D 構造をin vitro で再現できます。このため、脳の構造と発達がヒトと大きく異なるげっ歯類などの動物モデルと異なり、脳・神経オルガノイドはヒト中枢神経系に特有の発生過程や、自閉症、統合失調症、ジカウイルス感染による脳の障害といった神経疾患の研究モデルとして重要です。

脳・神経オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、脳・神経オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

肺オルガノイド

肺オルガノイドの概要

肺は多くの種類の上皮細胞、免疫細胞、内皮細胞、間質細胞で構成される複雑な器官です。肺上皮前駆細胞と間質細胞の分離、および肺の発達に重要な幹細胞ニッチ因子の明確化といった研究成果に基づいて、肺オルガノイド（気道オルガノイド）培養系が確立されました。肺オルガノイドは、本質的に3D 組織工学で作製した「ミニ肺」であり、生体内組織の組織学的および機能的な側面をin vitro で正確に再現します。肺オルガノイドは、気道上皮の幹細胞および前駆細胞、またはヒト多能性幹細胞（hPSC）から樹立できます。

肺オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、肺オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

概要	画像をクリックするとリンクが開きます
肺前駆細胞由来オルガノイドを用いた肺胞発達モデルの作製（ウェビナー） Human Lung Development and Disease: Lessons from Organoids - Dr. Emma Rawlins 肺先端の前駆細胞から自己組織化するオルガノイドを長期に培養し、肺胞発達のより良いモデルを創造する研究を紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 26:16
頂端気道オルガノイドと免疫細胞の共培養を用いた呼吸器ウイルス研究（ウェビナー） Human Airway Organoids to Study Host-Pathogen Interactions - Dr. Salvatore Simmini 気道の頂端面を外側に形成する頂端気道オルガノイドと免疫細胞の共培養モデルを、呼吸器ウイルス研究に利用する方法を紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 35:24
呼吸器系の細胞組織と生物学（ポスター） Cellular Organization and Biology of the Respiratory System 呼吸器系のさまざまな部位の組織構成と機能についてまとめました。
ヒト多能性幹細胞由来分岐肺オルガノイドの樹立（学会発表ポスター） A Reproducible Protocol for the Generation of Branching Lung Organoids from Human Pluripotent Stem Cells STEMdiff™ Branching Lung Organoid Kitによる無血清培養で、ヒト多能性幹細胞（hPSC）から分枝気道上皮構造を持つ分岐肺オルガノイドを再現性高く作製しました。オルガノイドの肺マーカー発現などの解析結果とともに紹介します。
肺ALI 培養および肺オルガノイドを用いた呼吸器疾患研究まとめ（記事：ラーニングコーナー）気液界面（air-liquid interface; ALI）またはオルガノイド培養で肺モデルを作製するPneumaCult™製品群と、呼吸器疾患研究への利用法を紹介します。
気道オルガノイドのフォルスコリン誘導性膨潤アッセイ（プロトコル） Forskolin-Induced Swelling of Airway Organoids Derived from Healthy and Cystic Fibrosis Donors PneumaCult™ Airway Organoid Kitで嚢胞性線維症（cystic fibrosis; CF）患者および健常ドナーから樹立した気道オルガノイドで、フォルスコリン誘導性の膨潤アッセイを行います。CFの原因である塩素イオン輸送体（嚢胞性線維症膜コンダクタンス制御因子）の機能をスクリーニングできます。
頂端気道オルガノイドと気道‐免疫共培養系を用いた感染症研究および薬剤スクリーニング（学会発表ポスター） Apical-Out Airway Organoids and Airway-Immune Co-Cultures Are Suitable Models for Antiviral Compound Screenings and to Study Infectious Disease 呼吸器感染症研究向けにヒト気管支上皮細胞とマクロファージの共培養モデル（PneumaCult™-ALIで気液界面培養）、また抗ウイルス薬スクリーニング向けにヒト頂端気道オルガノイド（PneumaCult™ Apical-Out Airway Organoid Mediumで樹立）を開発しました。
呼吸器疾患研究向けの大量増殖できるヒト肺胞オルガノイド（学会発表ポスター） Highly Expandable Human Alveolar Organoids to Study Respiratory Diseases PneumaCult™ Alveolar Organoid Mediaでヒト初代Ⅱ型肺胞上皮細胞（type 2 alveolar epithelial cell; ATII）から肺胞オルガノイドを樹立しました。これらはさらに長期継代またはⅠ型肺胞上皮細胞（ATI）へ分化できます。
ヒト肺胞オルガノイドからの単層培養樹立（プロトコル） How to Generate Alveolar Monolayers from ATII Organoids PneumaCult™ Alveolar Organoid Mediaでヒト初代Ⅱ型肺胞上皮細胞（ATII）から樹立した肺胞オルガノイドを、単層培養に移行します。液内または気液界面で単層培養すると、Ⅰ型肺胞上皮細胞（ATI）のマーカー発現が増加します。
初代ヒト気道上皮細胞の増殖と分化能維持の改善 Improved Expansion and Maintenance of the Differentiation Potential of Primary Human Airway Epithelial Cells PneumaCult™-NGExでは既存培地と比較して長期にわたり高い増殖効率でヒト鼻腔・気管支・小気道由来の上皮細胞を拡大培養することができます。これまで通り増殖した細胞はALI（Air-Liquid Interface、気液界面）培養や肺オルガノイドへ移行できます。

腎臓オルガノイド

腎臓オルガノイドの概要

ヒト多能性幹細胞（hPSC）から機能的な腎臓組織への分化は、腎臓病の新規治療法を開発する手段になります。加えて、自己組織化する3D 構造体である腎臓オルガノイドは、いくつかの側面でin vivo に近い機能的な腎細胞型を含み、一般的な単層培養系に見られる細胞相互作用モデルの課題を克服します。このため腎臓オルガノイドは、患者固有の腎臓病モデル、腎臓発達の研究、そして腎毒性化合物スクリーニング向けのより良いツールになり得ます。

腎臓オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、腎臓オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

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腎毒性スクリーニングのための腎臓オルガノイド作製（学会発表ポスター） High-Throughput-Compatible Differentiation of Human Pluripotent Stem Cell Lines to Kidney Organoids for Nephrotoxic Drug Screening STEMdiff™ Kidney Organoid Kitでヒト多能性幹細胞（hPSC）から腎臓オルガノイドを再現性高く樹立しました。これらの腎臓オルガノイドは、96または384ウェルフォーマットのハイスループットな毒性スクリーニングに適用できます。
腎臓オルガノイドの免疫細胞化学染色（プロトコル） Performing Immunocytochemical Staining of PSC-Derived Kidney Organoids STEMdiff™ Kidney Organoid Kitでヒト多能性幹細胞から樹立した腎臓オルガノイドを、免疫蛍光イメージング解析のために免疫染色します。
STEMdiff™ APEL2 による腎臓分化（記事：研究者の声） - 髙里実先生（国立研究開発法人理化学研究所） STEMdiff™ APEL2 MediumでヒトiPS 細胞からネフロン、血管系、腎間質組織を含む腎臓オルガノイドを作製し、尿細管の機能や腎毒性評価への利用可能性を検証しています。

肝臓オルガノイド

肝臓オルガノイドの概要

肝臓オルガノイドは、機能的な3Dのin vitro 肝臓モデルです。肝臓の発達と再生、解毒と代謝の研究、肝疾患モデリング、そして成体幹細胞生物学に関わるさまざまな研究課題に取り組むための新たなプラットフォームとして機能します。肝臓（上皮）オルガノイドは球状の単層上皮から成り、肝臓の重要な生理学的特徴を保持しています。肝臓オルガノイドは、肝臓組織の幹細胞ニッチから分離した幹細胞と前駆細胞の増殖、またはヒト多能性幹細胞（hPSC）からの誘導により樹立できます。

肝臓オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、肝臓オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

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細胞毒性評価のための3D培養アッセイと肝臓オルガノイド（ウェビナー） Predictive In Vitro Models for Toxicity Testing and Liver Research - Dr. Terry Riss and Jennifer Christie 毒性研究における動物モデルのin vitro 代替法として、3D培養アッセイによる薬剤誘導性細胞毒性のモニタリング、およびHepatiCult™で樹立した肝臓オルガノイドによる肝毒性評価を紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 63:03
ヒト肝臓オルガノイドをもちいた薬剤毒性スクリーニング（学会発表ポスター） HepatiCult™ for Human Hepatic Organoids: A Validated Culture System for Drug Toxicity Screening HepatiCult™ Organoid Growth Medium (Human) で作製した増殖性肝臓オルガノイド、およびHepatiCult™ Organoid Differentiation Medium (Human) で分化した成熟肝臓オルガノイドを薬剤誘発性肝毒性のスクリーニングに使用しました。薬剤の種類によっては、従来の2次元培養モデルよりも成熟肝臓オルガノイドの感受性が高くなりました。
ヒト多能性幹細胞由来肝細胞および肝臓オルガノイドの作製と肝毒性評価（学会発表ポスター） Efficient Generation of Functionally Relevant hPSC-Derived Hepatocytes and Liver Organoids for Hepatotoxicity and Liver Biology Modeling STEMdiff™ Hepatocyte Kitでヒト多能性幹細胞（hPSC）から機能的な肝細胞様細胞を作製し、さらにHepatiCult™ Organoid Growth Medium (Human)およびHepatiCult™ Organoid Differentiation Medium (Human) で分化した肝臓オルガノイドとともに肝毒性評価に使用しました。
ヒト肝臓オルガノイドを用いた細胞毒性スクリーニング（プロトコル） How to Perform Cytotoxicity Screening Using Hepatic Organoids Cultured in HepatiCult™ (Human) HepatiCult™ Organoid Kit (Human)で培養した肝臓オルガノイドで肝毒性スクリーニングアッセイを行います。
ヒト多能性幹細胞由来肝臓オルガノイドの樹立、増殖、凍結保存（プロトコル） How to Establish, Expand, and Cryopreserve hPSC-Derived Liver Organoids STEMdiff™ Hepatocyte Kitで作製したヒト多能性幹細胞（hPSC）由来肝細胞様細胞の2D単層培養から、HepatiCult™ Organoid Growth Medium (Human)で3Dの肝臓オルガノイドを樹立します。
ヒト肝臓オルガノイドの浮遊培養による増殖（プロトコル） Expansion of Hepatic Organoids in Dilute Matrigel^® Suspension Cultures Using HepatiCult™ Organoid Growth Medium HepatiCult™ Organoid Growth Medium (Human)を用いて、肝臓オルガノイドをMatrigel^®希釈溶液中で浮遊培養します。
ヒト肝臓オルガノイド由来の単層培養（プロトコル） Establishment of 3D Organoid-Derived Hepatic Monolayers Using HepatiCult™ Organoid Initiation Medium (Human) HepatiCult™ Organoid Growth Medium (Human)で増殖した3Dの肝臓オルガノイドから、HepatiCult™ Organoid Initiation Medium (Human)を用いて2Dの単層培養を樹立します。
マウス肝臓オルガノイドの培養と分化（学会発表ポスター） Culture and Differentiation of Mouse Hepatic Organoids Using Serum-free HepatiCult ™ Organoid Growth Medium HepatiCult™ Organoid Growth Medium (Mouse) を用いて、マウス肝臓組織から無血清条件で肝臓オルガノイドを樹立しました。

胃オルガノイド

胃オルガノイドの概要

哺乳類の胃は多様な細胞型で構成された秩序ある上皮です。しかし、ヒトの胃上皮生物学研究は、胃組織培養が難しいことと、マウスとヒトでは生理学的に大きく異なることで有用なモデルがなく、長い間困難とされていました。近年、ヒト多能性幹細胞（hPSC）または初代胃組織の幹細胞から胃オルガノイドを培養できるようになったことで、ヒトの胃の器官形成や病態をより正確に研究する道が開かれました。

胃オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、胃オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

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幹細胞からのオルガノイド形成（ポスター） SnapShot: Growing Organoids from Stem Cells 幹細胞から消化管のオルガノイドを形成する際に重要な培養条件をまとめました。
多能性幹細胞を用いた消化管の発達と疾患モデル（ウェビナー） Modeling Human Gastrointestinal Development and Disease Using Pluripotent Stem Cells - Dr. James Wells ヒト腸オルガノイドと胃オルガノイドの分化、および、それらの腸運動性障害とピロリ菌胃感染研究への応用を紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 56:31
胃の炎症・吸収などを研究するためのヒト胃オルガノイド作製（記事：注目の製品情報）さまざまなヒト多能性幹細胞（hPSC）株から胃オルガノイドを再現性高く作製する無血清培地 STEMdiff™ Gastric Organoid の特長とデータを紹介します。ご注意： STEMdiff™ Gastric Organoidの販売は終了しました（2024年11月）。

血管オルガノイド

血管オルガノイドの概要

血管は管腔を形成する内皮細胞と、内皮壁を覆う周皮細胞から構成されています。血管生物学のin vitro モデルとして内皮細胞と周皮細胞の共培養がおこなわれますが、その3 次元（3D）組織と機能を完全には再現できません。近年、ヒト多能性幹細胞（hPSC）から血管オルガノイドが樹立されたことで、構造的・機能的特徴のモデル化が可能になりました。血管オルガノイドでは、生体内の血管と同様に内皮細胞が管構造を形成して血管周囲細胞（周皮細胞など）が付着し、基底膜の沈着を伴う機能的な血管が形成されます。

血管オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、血管オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

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血管オルガノイドによる血液脈管構造と機能のモデリング（ウェビナー） Modeling the Structural and Functional Features of Blood Vasculature with Blood Vessel Organoids - Dr. Valentia Marchetti & Dr. Reiner Wimmer ヒト多能性幹細胞（hPSC）由来の内皮細胞の疾患研究モデルとしての利用、および機能的な微小血管を持つ血管オルガノイドの作製と組織修復・再生や血管障害モデルへの利用について紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 39:48
ヒト多能性幹細胞由来血管オルガノイドの作製（学会発表ポスター） STEMdiff™ Blood Vessel Organoid Kit Supports Efficient Generation of Vascular Organoids from Human Pluripotent Stem Cells STEMdiff™ Blood Vessel Organoid Kitでヒト多能性幹細胞（hPSC）から再現性高く血管オルガノイドを樹立しました。糖尿病モデルへの利用も検証しています。

概要

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血管オルガノイドによる血液脈管構造と機能のモデリング（ウェビナー）
Modeling the Structural and Functional Features of Blood Vasculature with Blood Vessel Organoids
- Dr. Valentia Marchetti & Dr. Reiner Wimmer
ヒト多能性幹細胞（hPSC）由来の内皮細胞の疾患研究モデルとしての利用、および機能的な微小血管を持つ血管オルガノイドの作製と組織修復・再生や血管障害モデルへの利用について紹介します。
（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）

再生時間 39:48

ヒト多能性幹細胞由来血管オルガノイドの作製（学会発表ポスター）
STEMdiff™ Blood Vessel Organoid Kit Supports Efficient Generation of Vascular Organoids from Human Pluripotent Stem Cells
STEMdiff™ Blood Vessel Organoid Kitでヒト多能性幹細胞（hPSC）から再現性高く血管オルガノイドを樹立しました。糖尿病モデルへの利用も検証しています。

膵臓オルガノイド

膵臓オルガノイドの概要

膵臓の外分泌組織はオルガノイドとしてin vitro で長期に維持できます。これらの膵外分泌オルガノイドは、in vivo の膵外分泌組織の特徴の多くを保持する極性化した単層上皮で構成されているため、膵臓の発達、幹細胞生物学、分泌機能、および膵臓がんなどの疾患の生理的な研究モデルとなります。

膵臓オルガノイドの技術情報

培養のプロトコルやアプリケーションなど、膵臓オルガノイド研究に役立つ技術資料を紹介します。

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膵臓がんオルガノイドを用いたがん再発を防ぐ研究（ウェビナー） A Bench-to-Bedside Approach to Overcome Recurrence in PDAC - Dr. Carles Barceló 膵管腺癌（PDAC）に見られる oncogenic addiction（がんの形質獲得・維持が特定の遺伝子発現異常に依存すること）やアジュバント療法への抵抗性について、患者由来の膵臓オルガノイドを用いた研究を紹介します。（視聴にはSTEMCELL Technologies 社のサイトにて登録が必要です。）	再生時間 20:51
膵臓がんオルガノイドによる薬剤スクリーニング（プロトコル） Drug Screening with Human Pancreatic Organoid Cultures PancreaCult™ Organoid Growth Medium (Human) でヒト膵管腺癌（PDAC）組織から樹立した膵臓オルガノイドを、ハイスループットな薬剤スクリーニング系に使用します。オルガノイドの代謝活性測定により、薬剤の細胞毒性を読み取ります。
ヒト膵臓オルガノイドの樹立と増殖（学会発表ポスター） Robust Establishment And Expansion Of Human Pancreatic Duct Organoids PancreaCult™ Organoid Growth Medium (Human) でヒト膵管から膵臓オルガノイドを樹立し、長期増殖してマーカー遺伝子の発現などを検証しました。オルガノイドから2D培養への移行や、膵管腺癌（PDAC）オルガノイドの培養も行っています。
マウス膵臓オルガノイド培養のポイント（プロトコル） Mouse Pancreatic Exocrine Organoid Culture: Supplementary Protocols PancreaCult™ Organoid Growth Medium (Mouse) でマウス膵臓の外分泌オルガノイドを培養する際のポイントをまとめました。

その他のオルガノイド

卵管オルガノイド

卵管の細胞生物学研究や、卵巣がんの研究において、オルガノイド培養は新興の強力な研究モデルです。上皮卵巣がんの最も一般的なサブタイプである、卵管由来の高悪性度漿液性卵巣がん（high-grade serous ovarian cancer; HGSOC）をはじめ、卵管オルガノイドは女性の生殖生物学研究に役立ちます。以下に卵管オルガノイドの技術資料を紹介します。

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ヒト卵管オルガノイドの樹立と増殖（学会発表ポスター） Robust Establishment And Expansion Of Multilineage Human Fallopian Tube Organoids In Serum-Free Medium GyneCult™ Fallopian Tube Organoid Medium でヒト初代卵管および高悪性度漿液性卵巣がん（high-grade serous ovarian cancer; HGSOC）の検体から卵管オルガノイドを樹立し、長期増殖してマーカー遺伝子の発現などを検証しました。

概要

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ヒト卵管オルガノイドの樹立と増殖（学会発表ポスター）
Robust Establishment And Expansion Of Multilineage Human Fallopian Tube Organoids In Serum-Free Medium
GyneCult™ Fallopian Tube Organoid Medium でヒト初代卵管および高悪性度漿液性卵巣がん（high-grade serous ovarian cancer; HGSOC）の検体から卵管オルガノイドを樹立し、長期増殖してマーカー遺伝子の発現などを検証しました。