ハイドロゲルニッシェによるがん多様性制御と医療応用基盤開発
研究課題情報
- 課題管理番号
- 25ama221532h0002
- 統合プロジェクト(三期)
医薬品プロジェクト
- 統合プロジェクト(二期)
医薬品プロジェクト<第二期>
- 事業名
次世代がん医療加速化研究事業
- タグ(2025)
研究開発目的: 基礎医学研究
研究の性格: 疾患を特定した基礎医学研究<生命・病態解明研究>
研究モダリティ: in vivo-齧歯類
ICD-10大分類: 新生物<腫瘍>
対象疾患領域: がん
特記的事項: 研究倫理<ELSI/RRI等> , 国際共同研究
補足確認: 診断 , 治療 , 予後・生活の質<QOL>
- タグ(2024)
研究開発目的: 基礎医学研究
研究の性格: 疾患を特定した基礎医学研究<生命・病態解明研究>
研究モダリティ: in vivo-齧歯類
ICD-10大分類: 新生物<腫瘍>
対象疾患領域: がん
特記的事項: 研究倫理<ELSI/RRI等> , 国際共同研究
補足確認: 診断 , 治療 , 予後・生活の質<QOL>
- 代表研究機関
- 国立大学法人北海道大学
- 研究代表者
(2025) 田中伸哉, 国立大学法人北海道大学, 大学院医学研究院腫瘍病理学教室 教授
(2024) 田中伸哉, 国立大学法人北海道大学, 大学院医学研究院 腫瘍病理学教室 教授
- 研究期間
- 2024年度 - 2025年度
- 課題への総配分額
- 55,900 千円
- 研究概要(2025)
- 現在のがんの治療法は発展しており、がんは一時的に縮小・消失するが、数年後には再発することが問題である。再発の原因は、がん組織の中にある治療抵抗性のがん幹細胞が生き残る事にある。よってがん幹細胞を根絶すれば予後が劇的に改善するが、がん幹細胞は微量かつ多様なため検出する事は困難で、それらを標的とする治療法は現状存在しない。 代表者はハイドロゲルが、極めて短時間にがん細胞のリプログラミングを誘導して、がん幹細胞を創出することを見出した(HARP現象。特許7115749号、Nat Biomed Eng, 5, 941-925, 2021)。本研究では当該技術を基盤に、がんの多様な周囲環境を模倣するポリマーハイドロゲルを用いてがん組織のニッシェ別のがん幹細胞を創出し、患者個別のがん幹細胞治療薬を同定し、新規のがん幹細胞治療薬を開発する。具体的には、高機能ゲルを基盤にscRNAseq解析に加えて最新の空間トランスクリプトーム解析やRaman顕微鏡解析など複数の空間情報解析技術を統合的に用いることで、単一細胞のクラスタリングを行い、がん幹細胞ニッシェを解明し、ニッシェ別のがん幹細胞の診断法・治療薬を開発する。
- 研究概要(2024)
- 現在のがん治療法は発展しており、がんは一時的に縮小・消失するが、数年後には再発することが問題である。再発の原因は、がん組織の中にある治療抵抗性のがん幹細胞が生き残る事にある。よってがん幹細胞を根絶すれば予後が劇的に改善するが、がん幹細胞は微量かつ多様なため検出する事は困難で、それらを標的とする治療法は現状存在しない。代表者はハイドロゲルが極めて短時間にがん細胞のリプログラミングを誘導して、がん幹細胞を創出することを見出した(HARP現象。特許7115749号、Nat Biomed Eng, 5, 941-925, 2021)。本研究では当該技術を基盤に、がんの多様な周囲環境を模倣するポリマーハイドロゲルを用いてがん組織のニッシェ別のがん幹細胞を創出し、患者個別のがん幹細胞治療薬を同定し、新規のがん幹細胞治療薬を開発する。具体的には高機能ゲルを基盤にscRNAseq解析に加えて最新の空間トランスクリプトーム解析やRaman顕微鏡解析など複数の空間情報解析技術を統合的に用いることで単一細胞のクラスタリングを行い、がん幹細胞ニッシェを解明し、ニッシェ別のがん幹細胞の診断法・治療薬を開発する
研究成果情報
2024
成果の概要
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本研究は、がんの多様な周囲環境を模倣するポリマーハイドロゲルを用いて多様ながん幹細胞nicheを構築することで、がん組織のニッシェ別のがん幹細胞を短時間で作り出し、患者個別のがん幹細胞治療薬を同定し、新規のがん幹細胞治療薬を開発を目指すものである。代表者はハイドロゲルが、極めて短時間にがん細胞のリプログラミングを誘導して、がん幹細胞を創り出すことを見出したが、がんの種類を問わず24時間以内にがん幹細胞を同定することができる画期的な方法である。R6年度の研究では、ゲルモノマーの物理因子を最適化して極めてHARP現象の高率の高い高機能ゲルの弾性率を解明した。また、急性骨髄性白血病においては、ハイドロゲルを用いることで、AKR1B1とTSPYLが白血病幹細胞化に重要な因子であることを同定した。AKR1B1阻害剤が白血病の治療薬として有効である可能性が示された(Biochem. Biophys. Res. Comm. 744, 151149, 2025)。膠芽腫に対しては高機能ゲルを基盤に、scRNAseq解析に加えて最新の空間トランスクリプトーム解析を行うことで、血管周囲の組織構築ががん幹細胞ニッシェとして機能することが示され特にCOL1Aファミリー分子の機能が重要であることが示唆された(投稿準備中)。R7年度は、膠芽腫についてハイドロゲルニッシェ別のがん幹細胞の診断法・治療薬を開発する。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Oki S, Ishi Y, Sawaya R, Okamoto M, Motegi H, Tanei ZI, Tsuda M, Mori T, Nishioka K, Kanno-Okada H, Aoyama H, Tanaka S, Yamaguchi S, Fujimura M. Clinical outcome, radiological findings, and genetic features of IDH-mutant brainstem glioma in adults. Acta Neurochir (Wien). 2024 Jun 12;166(1):263. doi: 10.1007/s00701-024-06154-3.
2. Qi J, Amrutha AS, Ishida-Ishihara S, Dokainish HM, Hashim PK, Miyazaki R, Tsuda M, Tanaka S, Tamaoki N. Caging Bioactive Triarylimidazoles: An Approach to Create Visible Light-Activatable. J Am Chem Soc. 2024 Jul 3;146(26):18002-18010. doi: 10.1021/jacs.4c04468.
3. Shimizu H, Enda K, Koyano H, Shimizu T, Shimodan S, Sato K, Ogawa T, Tanaka S, Iwasaki N, Takahashi D. Bimodal machine learning model for unstable hips in infants: integration of radiographic images with automatically-generated clinical measurements. Sci Rep. 2024 Aug 1;14(1):17826. doi: 10.1038/s41598-024-68484-7.
4. Hirose T, Ikegami M, Kida K, Ueno T, Kitada R, Wang L, Tanaka S, Endo M, Nakashima Y, Kanomata N, Mano H, Yamauchi H, Kohsaka S. Cancer risk assessment of premalignant breast tissues from patients with BRCA mutations by genome profiling. NPJ Breast Cancer. 2024 Oct 4;10(1):87. doi: 10.1038/s41523-024-00693-9.
5. Yamada K, Yaguchi H, Ishikawa K, Tanaka D, Oshima Y, Mizushima K, Fujii S, Nomura T, Kudo A, Uwatoko H, Shirai S, Takahashi-Iwata I, Matsushima M, Miyaishi R, Otsuka N, Tanei ZI, Yamaguchi S, Tanaka K, Taniguchi K, Tanaka S, Yabe I. Pretreatment pathology study in anti-LGI1 encephalitis. J Neurol Sci. 2024 Nov 15:466:123258. doi: 10.1016/j.jns.2024.123258. Epub 2024 Sep 27.
6. Sun Y, Nie Y, Wang L, Gong JP, Tanaka S, Tsuda M. Tumor-mimetic hydrogel stiffness regulates cancer stemness properties in H-Ras-transformed cancer model cells. Biochem Biophys Res Commun. 2025 Jan;743:151163. doi: 10.1016/j.bbrc.2024.151163. Epub 2024 Dec 10.
7. Sawai S, Oda Y, Saito Y, Kuwabara T, Wang L, Tanei ZI, Hirabayashi S, Tsuda M, Gong JP, Manabe A, Tanaka S. Analysis of synthetic polymer hydrogel-based generation of leukemia stem cells. Biochem Biophys Res Commun. 2025 Jan;744:151149. doi: 10.1016/j.bbrc.2024.151149. Epub 2024 Dec 6.
8. Fan B, Tanikawa S, Wang L, Nonoyama T, Oda Y, Tanei ZI, Gong JP, Tsuda M, Tanaka S. Establishment of a novel method for differentiating into dopaminergic neurons using charged hydrogels. Biochem Biophys Res Commun. 2025 Feb 2;747:151280. doi: 10.1016/j.bbrc.2024.151280. Epub 2025 Jan 3.
9. Aoki Y, Wang L, Tsuda M, Saito Y, Kubota T, Oda Y, Hirano S, Gong JP, Tanaka S. Hydrogel PCDME creates pancreatic cancer stem cells in OXPHOS metabolic state with TXNIP elevation. Biochem Biophys Res Commun. 2025 Mar 5;751:151416. doi: 10.1016/j.bbrc.2025.151416. Epub 2025 Jan 28.
10. Shimizu H, Enda K, Koyano H, Ogawa T, Takahashi D, Tanaka S, Iwasaki N, Shimizu T. Diagnosis on Ultrasound Images for Developmental Dysplasia of the Hip with a Deep Learning-Based Model Focusing on Signal Heterogeneity in the Bone Region. Diagnostics (Basel). 2025 Feb 7;15(4):403. doi:10.3390/diagnostics15040403.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. Lei Wang,Takenori Kubota,Masumi Tsuda,Yoshitaka Oda,Satoshi Hirano,JianPing Gong,Shinya Tanaka:Establishment of novel treatment-resistant cell lines using hydrogel,The 42nd Sapporo International Cancer Symposium,2024/6/ 6-8,国内,ポスター
国内 / ポスター
2. Yusuke Shirai,Masumi Tsuda,Lei Wang,Yoshitaka Oda,Zen-ichi Tanei,Shinya Tanaka:Exploration of glioma stem cell niches using hydrogel: The interaction between glioblastoma and astrocytes,The 42nd Sapporo International Cancer Symposium,2024/6/ 6-8,国内,ポスター
国内 / ポスター
3. Yuki Terashima,Soohwan Park,Hiroshi Ikeuchi,Takuo Hayashi,Hiroshi Ikeuchi, Shinya Kojima,Toshihide Ueno,Masachika Ikegami,Rina Kitada,Yoshiyuki Suehara,Shinya Tanaka,Kenji Suzuki,Hiroyuki Mano,Kazuya Takamochi,Shinji Kohsaka: Comprehensive RNA profiling of lung adenocarcinoma in never/light smoker.,The 42nd Sapporo International Cancer Symposium,2024/6/ 6-8,国内,ポスター
国内 / ポスター
4. 遠田建,小田義崇,種井善一,田中伸哉:AIを活用した悪性脳腫瘍の病理組織画像の分類:グリ オーマ,悪性リンパ腫,転移性脳腫瘍の識別,第6回日本メディカルAI学会学術集会,2024/6/21-22,国内,口頭
国内 / 口頭
5. Shuhei Tsujino,Tomokazu Tamura,Keita Mizuma,Hesham Nasser,Sayaka Deguchi, Miguel Padilla-Blanco,Yoshitaka Oda,Keiya Uriu,Jarel E.M. Tolentino,Rigel Suzuki,Isshu Kojima,Naganori Nao,Ryo Shimizu,Lei Wang,Masumi Tsuda, Michael Jonathan,Yusuke Kosugi,Ziyi Guo,Alfredo A Hinay Jr.,Olivia Putri, Yoonjin Kim,Yuri L. Tanaka,Hiroyuki Asakura,Mami Nagashima,Kenji Sadamasu, Kazuhisa Yoshimura,The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, Akatsuki Saito,Jumpei Ito,Takashi Irie,Shinya Tanaka,Jiri Zahradnik,Terumasa Ikeda,Kazuo Takayama,Keita Matsuno,Kei Sato,Takasuke Fukuhara:Virological characteristics of the SARS-CoV-2 BA.2.86 variant,American Society for Virology 43rd Annual Meeting,2024/ 6/24-28,国外,口頭
国外 / 口頭
6. Zannatul Ferdous, Jean-Emmanuel Clément, Jian Ping Gong, Shinya Tanaka, Tamiki Komatsuzaki, Masumi Tsuda : Morphological Difference in Hydrogel Induced Cancer Stem Cell in Synovial Sarcoma Model Cells.,2024 International Union of Pure and Applied Biophysics (IUPAB) Congress,2024/6/24-2,国内,口頭
国内 / 口頭
7. Saori Sawai, Yoshitaka Oda, Yusuke Saito, Lei Wang, Zen-ichi Tanei, Shinsuke Hirabayashi, Masumi Tsuda, Shinya Tanaka, Atsushi Manabe: Analysis for stem cell induction of leukemia using hydrogel.,The JSH International Symposium 2024 in Hakodate, 2024/7/ 13-14, 国内,口頭
国内 / 口頭
8. Zannatul Ferdous, Jean-Emmanuel Clément, Masumi Tsuda, Lei Wang, Jian Ping Gong, Thomas Backlitz, Katsumasa Fujita, Shinya Tanaka, Tamiki Komatsuzaki,: Raman Imaging Algorithm for Analyzing Therapy-Resistant Cancer Cells,28th International Conference on Raman spectroscopy - ICORS ,2024/7 /28 ,国外,口頭
国外 / 口頭
9. Jun Suzuka, Sumito Saeki, Kohei Kumegawa, Kenichi Miyata, Ai Tsuchiya, Takayuki Ueno, Masumi Tsuda, Jian Ping Gong, Shinya Tanaka, Reo Maruyama:Analysis of the induction mechanism of breast cancer cell dedifferentiation and its malignant trait using hydrogel,The 2024 Cold Spring Harbor meeting: Mechanisms & Models of Cancer,2024/8/13, 国外,ポスター
国外 / ポスター
10. 鈴鹿淳,佐伯澄人,粂川昂平,土屋あい,上野貴之,津田真寿美,田中伸哉,丸山玲緒Plasticity and malignant phenotype of breast cancer cells focusing on dedifferentiation ability induced by hydrogel:ハイドロゲルにより誘導される脱分化能に着目した乳がん細胞の可塑性および悪性形質の検討,第83回日本癌学会学術総会; 2024/9/19-21, 国内,口頭
国内 / 口頭