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    め
     よ
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Strain-triggered mechanical feedback in self-organizing
optic-cup morphogenesis
S. Okuda1,2,3*, N. Takata1†
, Y. Hasegawa1‡
, M. Kawada1
, Y. Inoue3
, T. Adachi3
,
Y. Sasai3§, M. Eiraku1,3*
Organogenesis is a self-organizing process of multiple cells in three-dimensional (3D) space, where macroscopic
tissue deformations are robustly regulated by multicellular autonomy. It is clear that this robust regulation re-
quires cells to sense and modulate 3D tissue formation across different scales, but its underlying mechanisms
are still unclear. To address this question, we developed a versatile computational model of 3D multicellular
dynamics at single-cell resolution and combined it with the 3D culture system of pluripotent stem cell–derived
optic-cup organoid. The complementary approach enabled quantitative prediction of morphogenesis and its
corresponding verification and elucidated that the macroscopic 3D tissue deformation is fed back to individual
cellular force generations via mechanosensing. We hereby conclude that mechanical force plays a key role as a
feedback regulator to establish the robustness of organogenesis.
INTRODUCTION
During organogenesis, morphogens dynamically organize spatial
patterns of cell differentiation in three-dimensional (3D) tissues
(1, 2). According to the pattern, individual cells generate characteristic
mechanical forces to form the entire organ structure in 3D space (3–5).
Many molecules have been identified as key signaling factors that
regulate each step of patterning and force generation. However, these
molecular signals are not enough to explain the entire regulatory mech-
anism of morphogenesis. In particular, it is still unclear how individual
cells sense and modulate the entire 3D tissue formation across differ-
ent scales. Previous studies have revealed cellular mechanosensing
mechanisms (6–8), which may also be involved in the cross-scale reg-
ulatory mechanism of 3D tissue formation. Therefore, in this study,
we focus on the mechanical aspect of morphogenesis and reveal the
role of mechanical force in regulating 3D tissue formation across dif-
ferent scales.
Recent progress in the stem cell field has enabled us to form various
3D tissues in vitro (9, 10). For instance, we have reported a culture
system of pluripotent stem cell–derived optic-cup organoids, which
well recapitulates a typical process seen in vivo (11, 12); on the basis
of the Wnt antagonism, the distal part of optic vesicle (OV) differenti-
ates into neural retina (NR), whereas the adjacent part becomes retinal
pigment epithelium (RPE). According to the differentiation pattern,
the NR invaginates into the surrounding RPE in the apically convex
direction. Subsequently, a hinge structure is formed along the bound-
ary between the inner NR and outer RPE to generate a cup-like tissue
shape. From a mechanical point of view, this stepwise process pro-
ceeds autonomously without external forces from the surroundings
such as lens placode and periocular mesenchyme.
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平成30年8月9日
報道関係者各位
国立大学法人 筑波大学
慶應義塾大学医学部
国立研究開発法人 産業技術総合研究所
国立研究開発法人 日本医療研究開発機構

新たな心筋作製技術を可能とする遺伝子を発見
〜線維芽細胞およびマウス ES/ヒト iPS 細胞から心臓中胚葉細胞の直接誘導に成功〜

研究成果のポイント
1. 線維芽細胞から心臓中胚葉(注 1)細胞を直接誘導し、多能性幹細胞(注2)からの中胚葉分化全
体をも制御する重要な遺伝子 Tbx6 を発見しました
2. Tbx6 導入による、新しい心筋・血管細胞作製法を開発しました
3. 簡便・短期間・安価な心筋作製技術への発展が期待されます

国立大学法人筑波大学 医学医療系 家田真樹教授(循環器内科)、慶應義塾大学医学部 貞廣威
太郎助教(循環器内科)、国立研究開発法人産業技術総合研究所創薬分子プロファイリング研究センター
五島直樹研究チーム長らの研究グループは、Tbx6という遺伝子を導入するだけで、線維芽細胞やマウス・
ヒトの多能性幹細胞から心臓中胚葉細胞を直接誘導できることを発見しました。
これまで、多能性幹細胞から心筋細胞を誘導するためには、複数の液性因子(注3)を使用して、まず心臓
の幹細胞である心臓中胚葉細胞を誘導し、その後に心筋を誘導する方法が一般的でした。しかし、これま
での方法には、1)誘導の工程が煩雑、2)誘導効率が不安定、3)液性因子が高価であるという課題がありま
した。家田教授らは、新しい心臓再生法として心臓に存在する心筋以外の心臓線維芽細胞に心筋誘導遺
伝子を導入し、マウス生体内で直接心筋細胞を作製できることなどを報告してきましたが、心筋以外の血管
細胞などを作製できない、作製した心筋細胞は増殖できないなど課題がありました。
本研究では、線維芽細胞から心臓中胚葉細胞を直接誘導する遺伝子Tbx6を発見しました。また、
Tbx6をマウスES細胞・ヒトiPS細胞といった多能性幹細胞に導入することにより、液性因子を使用せずに効
率よく増殖可能な心臓中胚葉細胞を作製し、さらにこれを心筋細胞や血管細胞を誘導することに成功しま
した。この仕組みとして、Tbx6が心臓発生に重要なMesp1・BMP4遺伝子の発現を一過的に上昇させて心
筋誘導することを明らかにしました。さらにTbx6の発現期間を調整することで、同じく中胚葉から分化する骨
格筋や軟骨細胞も誘導が可能であることを見出し、Tbx6が心臓だけでなく多能性幹細胞からの中胚葉分
化全体を制御する重要な因子であることを発見しました。
本研究により、Tbx6導入による、液性因子を使用しない新しい心筋・血管細胞作製法が開発されまし
た。本研究成果は、心筋梗塞や拡張型心筋症をはじめとする様々な心臓疾患に対する再生医療への応用
だけでなく、薬剤開発にも資する、簡便・短期間・安価な心筋作製技術への発展に寄与することが期待され
ます。
※本研究の成果は、2018年8月9日(日本時間8月10日午前0時)付「Cell Stem Cell」で公開される予
定です。
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線維芽細胞(せんいがさいぼう、英: fibroblast)は、結合組織を構成する細胞の1つ。コラーゲン・エラスチン・ヒアルロン酸といった真皮の成分を作り出す。

Fibroblast.jpg
細胞小器官が豊富であり、核小体が明瞭な楕円形の核を有し、細胞質は塩基好性を示す。 また、線維芽細胞は比較的分裂周期が早い為、特別に処理をしないで同じ容器の中で複数の細胞と共に長期間培養すると他の細胞より大量に増殖する。
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解決手段
生分解性かつ両親媒性を有する単独のポリマー又は生分解性ポリマーと両親媒性ポリマーとから成るポリマー混合物の疎水性有機溶媒溶液を基板上にキャストし、該有機溶媒を蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることにより得られるハニカム構造体フィルム又はその延伸フィルムを細胞培養用基材として用いて細胞を培養することを特徴とする、細胞の三次元集合体を形成する方法。

概要
背景

細胞と材料との相互作用において、細胞は材料表面の化学的な性質のみならず微細な形状によっても影響を受けることが知られている。そこで組織工学などの観点から細胞の機能制御を目指すとき、細胞と接触する材料表面の化学的性質と微細な構造の双方の加工が重要となる。表面の微細加工法としては、表面加工技術として半導体産業等に利用されているマイクロパターン技術を利用した細胞接着面のサイズコントロール、培養基板への微小溝構造の導入、マイクロスフィアによる微細凹凸の作製などが挙げられ、表面微細構造が細胞の成長等に大きく影響を及ぼすことが知られている。

これらのマイクロパターン技術を使った表面設定は、非常に高度な技術が必要であり、大量生産が出来ない、高コストになる、などの多くの問題を抱えているのが現状である。全く別の表面パターニング技術としては特殊な構造を有するポリマーの希薄溶液を高湿度下でキャストすることでμmスケールのハニカム構造を有するフィルムが得られることが知られている。本方法はパターニングするに当たっての経済性に優れることが特徴である。

具体的には、サイエンス、1999年、283巻、ページ373には親水性ブロックと疎水性のブロックからなるロッド−コイルジブロックポリマーであるポリフェニルキノリン−ブロック−ポリスチレンを使う例が、また、ネイチャー、1994年、369巻、ページ387にはポリスチレンと剛直なブロックであるポリパラフェニレンとからなるジブロックポリマーを使った例が開示されている。このように、従来の技術では自己凝集力の強い部分と柔軟性を発現する部分とを併せ持つ特殊なポリマーを利用し、これらのポリマーを疎水性有機溶媒に溶解し、これをキャストする事でハニカム構造体を調製していた。一方、本発明者らはシンソリッドフィルムズ、1998年、327-329巻、ページ854、スープラモレキュラーサイエンス、1998年、第5巻、ページ331、及びモレキュラー・クリスタル・リキッド・クリスタル、1998年、第322巻、ページ305に親水性のアクリルアミドポリマーを主鎖骨格とし、疎水性側鎖としてドデシル基と親水性側鎖としてラクトース基或いはカルボキシル基を併せ持つ両親媒性ポリマー、或いはヘパリンやデキストラン硫酸などのアニオン性多糖と4級の長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレックスが同様な方法でハニカム構造を有する薄膜を与えることを報告している。

しかしながらこれらのポリマーでは、得られるハニカム構造体の自己自立性に劣ったり、経時的にハニカム構造が崩壊するなどの欠点を有するため、細胞培養用基材として十分な機能を提供するものでなかった。

細胞工学、組織工学等において細胞培養を行う時、細胞の足場となる基材が必要であり、前述の如く、細胞との相互作用において細胞は最良表面の化学的な性質のみならず微細な形状によっても影響を受けることが知られている。細胞の機能制御を目指すとき、細胞と接触する材料表面の化学的性質と細胞の微細な構造の双方の設計が重要となる。ハニカム構造を有する多孔性フィルムではハニカムパターンが細胞接着面を提供し、多孔質構造が細胞の支持基盤へのアクセス、栄養の供給ルートとなることが示されている。
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疎水性
そすいせい
「疎水性」の画像検索結果
疎水性とは、水に対する親和性が低い、すなわち水に溶解しにくい、あるいは水と混ざりにくい物質または分子の性質のことである。 疎水性物質は一般に、電気的に中性の非極性物質であり、分子内に炭化水素基をもつ物質が代表的である。 ウィキペディア
ウェブの動画
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このハニカム構造フィルムをベースに細胞を組織化すれば、その1つの利用方法として人工臓器が考えられる。しかし人工臓器等にしたときには体内に埋め込むことが必須となる為、この基材は長期的には生体内へ吸収されることが望ましい。これまでのハニカム構造を与える材料で細胞培養に要する時間は安定に構造を維持し、それ以上では分解するような生分解性材料から作られたものはない。言い換えれば、ハニカム構造体と細胞工学、細胞培養技術を組み合わせ人工臓器等の医療用途へ展開するに当たっては生分解性材料を使うことが必須である。

このような事情に鑑み、本発明者らは、生分解性ポリマーが50〜99w/w%および両親媒性ポリマーが50〜1w/w%からなるポリマーの疎水性有機溶媒溶液を、相対湿度50〜95%の大気下で基板上にキャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることで得られるハニカム構造体、並びに該ハニカム構造体からなるフィルムを提案している(特願平11−340568号明細書(本出願時点において未公開)。しかしながら、この方法で作製したハニカム構造を有するフィルムを用いて、生体組織に類似した秩序だった細胞の三次元集合体の形成することができるかどうかは不明であった。

概要
生体組織に類似した秩序だった細胞の三次元集合体の形成を生体外で行うための培養法を開発すること。

生分解性かつ両親媒性を有する単独のポリマー又は生分解性ポリマーと両親媒性ポリマーとから成るポリマー混合物の疎水性有機溶媒溶液を基板上にキャストし、該有機溶媒を蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴を蒸発させることにより得られるハニカム構造体フィルム又はその延伸フィルムを細胞培養用基材として用いて細胞を培養することを特徴とする、細胞の三次元集合体を形成する方法。

目的
本発明は、生体組織に類似した秩序だった細胞の三次元集合体の形成を生体外で行うための培養法を開発することを解決すべき課題とした。

効果
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本発明で用いるハニカム構造体を作成するに当たってはポリマー溶液上に微小な水滴粒子を形成させることが必要であることから、使用する有機溶媒としては非水溶性(疎水性)であることが必要である。疎水性有機溶媒の例としてはクロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン系有機溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケトンなどの非水溶性ケトン類、二硫化炭素などが挙げられる。これらの有機溶媒は単独で使用しても、又、これらの溶媒を組み合わせた混合溶媒として使用してもよい。疎水性有機溶媒に溶解する生分解性ポリマーと両親媒性ポリマーの両者の合計のポリマー濃度は、好ましくは0.01から10重量%であり、より好ましくは0.05から5重量%である。ポリマー濃度が0.01重量%より低いと得られるフィルムの力学強度が不足し望ましくない。また、ポリマー濃度が10重量%以上ではポリマー濃度が高くなりすぎ、十分なハニカム構造が得られない。
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脳死判定300例目…20歳代女性、臓器提供へ

読売新聞 12月13日(土)15時11分配信
日本臓器移植ネットワークは13日、岡崎市民病院(愛知県)に入院していた20歳代の女性が法律に基づき、脳死と判定されたと発表した。

 女性は書面で臓器提供の意思を表示していた。1997年の旧臓器移植法施行後、脳死判定されたのは300例となった。

 心臓、肺、肝臓、膵臓(すいぞう)、腎臓などが提供され、東北大病院などで移植される予定。300例のうち1例は医学的理由で移植に至っておらず、移植されるのは299例目となる。
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ttp://www.amazon.co.jp/眠れない一族―食人の痕跡と殺人タンパクの謎-ダニエル-T-マックス/dp/4314010347

ダニエル T.マックス 他1名
眠れない一族―食人の痕跡と殺人タンパクの謎

1765年11月、水の都ヴェネツィアで評判の高い医師が謎の死をとげた。この医師の子孫の多くが、同じような病で命を落としていく。呪い、疫病、脳炎、性病、奇病と、さまざまなレッテルを貼られながら・・・共通しているのは死の数ヶ月前から眠れなくなること。
数世紀を経て20世紀も終わりかけた頃、この致死性不眠症の原因が、羊たちに流行した震え病であるスクレイピー、パプアニューギニアの部族を襲ったクールー病、そして世界を震撼させた狂牛病と同じく、殺人タンパク、プリオンとわかったが、治療の目処はつかない。
そうこうするうちに、アメリカの野生の鹿に似た病気が蔓延、新型クロイツフェルト・ヤコブ病の
拡大が噂される中、殺人タンパクの起源を辿るうちに、80万年前の人類の「食人習慣」の事実にたどりつく・・・「事実は小説よりも奇なり」を地でゆく、驚きのストーリー
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