AMED研究開発課題データベース 日本医療研究開発機構（AMED）の助成により行われた研究開発の課題や研究者を収録したデータベースです。

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【成果報告書】

成果の概要

【研究項目１：多様な肝毒性・胆汁排泄評価を可能とするLiver on-a-chipの開発】
肝・腸管の単培養・共培養が容易に実施可能なオンチップ灌流型デバイスについては，前年度開発を終えたプロトタイプについて，中規模量産・供給体制を構築した．肝らしさの評価において，ユーザーと協力の上，反復投与毒性や自然免疫が関与する薬物性肝障害の試験を行い，操作の容易さ・安定性と共に，酸素直接供給の効果が確認できた．また，同じ酸素透過膜を下面とするプレートを用いたミトコンドリア毒性検証試験にて，高酸素雰囲気培養条件下と同程度の毒性を観測した．一方，胆汁回収については，前駆細胞由来の肝細胞と胆管上皮細胞とからなるオルガノイドにて，微小胆管から胆管様構造への胆汁の排泄・蓄積を達成した．さらに，培養液の工夫にて非付着性ヒト肝細胞を安定した単層培養状態に持ち込むことにも成功している．また，多様なソースのヒト細胞についてスフェロイド形成を行い，形成の可否や形成後の機能向上には大きな差異があることも明らかとした．
【研究項目２：伸縮運動するGut on-a-chipの開発】
前年度にプロトタイプ開発を終えている空気圧によって周期的伸縮を与えるデバイスを用いて，微絨毛の発達や薬物トランスポーターの高発現のためには，腸筋線維芽細胞との共培養下における伸縮が必要であることを明らかとした．また，腸管内容物との摩擦や酸素等の物質供給の改善が腸管上皮細胞の発達に好影響を与えることを見出した．また、前年度にリプロセルから販売が開始されたヒトiPS細胞由来の小腸前駆細胞 (StemRNA Entero)については，通常の培養液に比べて貧栄養であるヒト血漿模倣培地を用いることで，より高い代謝酵素活性を長期に維持することが可能となった．
【研究項目３：腸肝循環を可能とするLiver/Gut on-a-chipの開発】
オンチップ灌流型デバイスを用いたiPS腸管上皮細胞とPXB肝細胞の灌流培養にて，特に酸素透過膜を用いて各細胞に直接酸素を供給しつつ灌流共培養した場合に，同デバイスを用いたそれぞれの単培養と比較ｈして，解毒代謝関連遺伝子の発現と薬物代謝活性の顕著な亢進が見られた．今後は，多様な薬剤を用いてヒト初回通過効果との相関性を評価すると共に，灌流される培養液を通じた両細胞の相互作用のメカニズムを明らかとする必要がある．

学会誌・雑誌等における論文一覧

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1.Danoy M, Tauran Y, Poulain S, Jellali R, Bruce J, Leduc M, Le Gall M, Koui Y, Arakawa H, Gilard F, Gakiere B, Kato Y, Plessy C, Kido T, Miyajima A, Sakai Y, Leclerc E. Investigation of the hepatic development in the coculture of hiPSCs-derived LSECs and HLCs in a fluidic microenvironment. APL Bioeng. 2021, 5, 026104, doi: 10.1063/5.0041227.

2.Yuta Koui, Misao Himeno, Yusuke Mori, Natsuki Maeda, Luyao Wang, Yoshiko Kamiya, Hiroko Anzai, Tadanori Yamada, Yasuyuki Sakai, Atsushi Miyajima, Taketomo Kido, Development of human iPSC-derived quiescent hepatic stellate cells for drug discovery and in vitro disease modeling, Stem Cell Reports, 16(12), 3050-3063 (2021), doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.002.

3.Mathieu Danoy; Rachid Jellali; Yannick Tauran; Johanna Bruce; Marjorie Leduc; Francoise Gilard; Bertrand Gakiere; Benedikt Scheidecker; Taketomo Kido; Atsushi Miyajima; Fabrice Soncin; Yasuyuki Sakai, Characterization of the proteome and metabolome of human liver sinusoidal endothelial-like cells derived from induced pluripotent stem cells, Differentiation, 120, 28-35 (2021), doi.org/10.1016/j.diff.2021.06.001.

4.Danoy, Mathieu; Tauran, Yannick; Poulain; Jellali, Rachid; Bruce, Johanna; Leduc, Marjorie; Le Gall; Gilard, Francoise; Kido, Taketomo; Arakawa, Hiroshi; Araya, Karin; Mori, Daiki; Kusuhara, Hiroyuki; Kato, Yukio; Plessy, Charles; Miyajima, Atsushi; Sakai, Yasuyuki; Leclerc, Eric, Multi-omics analysis of hiPSCs-derived HLCs matured on-chip revealed patterns typical of liver regeneration, Biotecnol. Booeng., 118(10):3716-3732 (2021), doi: 10.1002/bit.27667.

5.酒井康行，真に生理学的なOrgan on-a-chip実現のために，実験医学，36, 2563-2566 (2021).

6.Astia Rizki-Safitri, Fumiya Tokito, Masaki Nishikawa, Minoru Tanaka, Kazuya Maeda, Hiroyuki Kusuhara, and Yasuyuki Sakai, Prospect of in vitro bile fluids collection in improving cell-based assay of liver function, Front. Toxicol. 3:657432 (2021), doi.org/10.3389/ftox.2021.657432.

7.Shinha K, Nihei W, Nakamura H, Goto T, Kawanishi T, Ishida N, Yamazaki N, Imakura Y, Mima S, Inamura K, Arakawa H, Nishikawa M, Kato Y, Sakai Y, Kimura H. A Kinetic-Pump Integrated Microfluidic Plate (KIM-Plate) with High Usability for Cell Culture-based Multi-Organ Microphysiological Systems. Micromachines. 2021, 12, 1007, doi:10.3390/mi12091007.

8.木村啓志, マイクロ流体デバイスを技術基盤とするOrgan-on-a-chipの臓器・疾患モデルへの応用 別冊 医学のあゆみ, 医歯薬出版, 2022, 62-67.

9.木村啓志, わが国におけるmicrophysiological system（MPS）の製品化に向けた取り組み, 実験医学2021年10月号, 羊土社, 2021, 39, 2569-2572.

10.榛葉健汰, 二瓶渉, 中村寛子, 河西巧, 後藤智美, 荒川大, 稲村恒亮, 西川昌輝, 加藤将夫, 酒井康行, 木村啓志. オンチップポンプ型多臓器Microphysiological system(MPS)を用いた臓器間相互作用の評価. 化学とマイクロ・ナノシステム. 2021, 20, 52-53.

11.Hauser PV, Chang H, Nishikawa M, Kimura H, Yanagawa N, Hamon M. Bioprinting Scaffolds for Vascular Tissues and Tissue Vascularization. Bioengineering(Basel.). 2021, 8, 178, doi:10.3390/bioengineering8110178.

12.Tsurusai S, Kanegae K, Tanaka M. In vivo analysis of Necrosis and Ferroptosis in Nonalcoholic Steatohepatits (NASH). Methods Mol Biol. 2022; 2455:267-278. doi: 10.1007/978-1-0716-2128-8_21.

13.Nguyen CH, Takahashi K, Yamamura M, Li Z, Sato Y, Yoshimura K, Kozaka K, Tanaka M, Nakamura Y, Harada K: Diversity in cell differentiation, histology, phenotype and vasculature of mass-forming intrahepatic cholangiocarcinomas. Histopathology. 2021; 79(5): 731-750. doi: 10.1111/his.14417.

学会・シンポジウム等における口頭・ポスター

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1.酒井康行，マイクロフィジオロジカルシステムの現在と未来，第21 回日本再生医療学会総会，オンライン，2022.3.17，国内，口頭．

国内　/　口頭

2.Y. Sakai, Current status of MPS development and its international extension, 18th DIA Japan Annual Meeting, 東京，2021.10.25，国内・口頭．

国内　/　口頭

3.酒井康行，マイクロフィジオロジカルシステム(MPS)を用いた人体応答評価のために，JAACT2021シンポジウム，オンライン，2021.7.27，国内・口頭．

国内　/　口頭

4.Y. Sakai, K. Inamura, M. Danoy, B. Scheidecker, H. Kimura, M. Nishikawa, Use of an oxygen-permeable membrane in advanced in vitro tissue models both in static microplate and perfused MPS, 4th Symposium on Organoids and Organs-on-Chips, 2021.12.11, オンライン，国際・口頭．

不明　/　口頭

5.Y. Sakai, Importance of oxygen in advanced cell-based assays using microplates and microphysiogical systems, UTokyo - University and Institute in Stockholm, Online Workshop 2021.9.28, オンライン，国際・口頭．

不明　/　口頭

6.Y. Sakai, Liver on chip, Webinar Tissue and organ bioengineering, EUGLOH - European University Alliance for Global Health, 2021.4.8, オンライン，国際・口頭．

不明　/　口頭

7.榛葉健汰, 二瓶渉, 中村寛子, 河西巧, 後藤智美, 荒川大, 稲村恒亮, 西川昌輝, 加藤将夫, 酒井康行, 木村啓志, オンチップポンプ型多臓器Microphysiological system(MPS)を用いた臓器間相互作用の評価, Cheminas 43, 2021/5/18, 国内, ポスター.

国内　/　ポスター

8.上田大貴, 榛葉健汰, 西川昌輝, 酒井康行, 木村啓志, 肝スフェロイドを導入した多臓器生体模倣システムの機能評価, Cheminas 43, 2021/5/18, 国内, ポスター.

国内　/　ポスター

9.Yap JH, Zhang H, 岡村陽介, 木村啓志, 細胞培養可能な相分離法によるPDMS製多孔膜の開発, Cheminas 43, 2021/5/18, 国内, ポスター.

国内　/　ポスター

10.木村啓志, マイクロ流体デバイスを基盤とする培養システムとイメージング技術との融合, 第9回 Chem-Bio Joint Seminar 2021, 2021/8/7, 国内, 口頭.

国内　/　口頭

11.Yap JH, Zhang H, Okamura Y, Kimura H, Thin porous PDMS membrane prepared by phase separation method and its applications for cell culture, AAAFM 2021, 2021/8/20, 国外, 口頭.

国外　/　口頭

12.Kimura H, Microphysiological systems based on microfluidics for cell-based assays, ISUPEN2021, 2021/8/31, 国外, 口頭.

国外　/　口頭

13.榛葉健汰, 二瓶渉, 中村寛子, 後藤智美, 西川昌輝, 酒井康行, 木村啓志, オンチップポンプ型多臓器Microphysiological system（MPS）を用いた薬剤評価試験, 日本機械学会2021年度年次大会, 2021/9/6, 国内, 口頭.

国内　/　口頭

14.上田大貴, 榛葉健汰, 西川昌輝, 酒井康行, 木村啓志, 肝スフェロイドを導入した多臓器生体模倣システムの機能評価, 日本機械学会2021年度年次大会, 2021/9/6, 国内, 口頭.

国内　/　口頭

15.Ito Y, Shinha K, Kimura H, Dialysis Membrane-Integrated Microphysiological System For Maintaining Cell Culture Environment, μTAS 2021, 2021/10/11, 国外, ポスター.

国外　/　ポスター

16.Shinha K, Nihei W, Nakamura H, Kawanishi T, Arakawa H, Inamura K, Nishikawa M, Kato Y, Sakai Y, Kimura H, Evaluation Of Organs Interaction Using A Coculture Pump Plate, μTAS 2021, 2021/10/12, 国外, ポスター.

国外　/　ポスター

17.木村啓志, マイクロ流体デバイスを技術基盤とするMicrophysiological Systemの実用化に向けた検討, 日本薬物動態学会第14回ショートコース, 2021/11/16, 国内, 口頭.

国内　/　口頭

18.木村啓志, 腎疾患創薬に向けた次世代創薬技術update, 第22回協和キリン腎臓シンポジウム, 2021/11/20, 国内, 口頭.

国内　/　口頭

19.Shinha K, Sakai Y, Kimura H, Microphysiological system (MPS) platforms with high operability and pumping capability for commercialization, MPS WORLD SUMMIT Virtual Conferences, 2021/12/9, 国外, 口頭.

国外　/　口頭

20.上田大貴, 榛葉健汰, 西川昌輝, 酒井康行, 木村啓志, 高次細胞アッセイ系としての肝細胞スフェロイド搭載型多臓器生体模倣システム, シンポジウム：細胞アッセイ技術の現状と将来, 2022/1/25, 国内, ポスター.

国内　/　ポスター