京都大学 ウイルス・再生医科学研究所

目の丸い形ができる仕組みを解明―「器官の形作り」の理解から再生医療への貢献に期待―

奥田 覚1.2.3, 高田 望2, 長谷川 結子2, 川田 正子2, 井上 康博4, 安達 泰治4, 笹井 芳樹5, 永樂 元次1.2

(1京都大学ウイルス・再生医科学研究所発生システム制御分野、2 理化学研究所多細胞システム形成研究センター立体組織形成研究チーム、3 科学技術振興機構さきがけ、4 京都大学ウイルス・再生医科学研究所バイオメカニクス分野、5 理化学研究所多細胞システム形成研究センター器官形成研究チーム)

“Strain-Triggered Mechanical Feedback in Self-Organizing Optic Cup Morphogenesis

Science Advances (2018),doi.org/10.1126/sciadv.aau1354

 

概要

 生物の形作りは、人の身体の発生や疾患などの様々な生命現象に関わるため、基礎研究と医療の両方にとって重要です。特に、試験管の中での「器官の形作り」を理解し操作することは、今後の再生医療に使用する組織の立体形状を制御するために重要だと考えられています。そこで本研究では、胚性幹細胞(ES細胞)の培養技術とコンピューターによる力学シミュレーション技術を組み合わせることにより,目の丸い形の元となる「眼杯組織」の形態が作られる仕組みを解明しました。

まず、複雑な眼杯組織の形が作られる仕組みを理解するため、実験で得た眼杯組織の情報を基にしてコンピューターシミュレーションを行いました。そして、眼杯組織の丸い形を作るためには、組織の場所ごとに細胞が異なる力を生み出す必要があると予測しました。また、マウスのES細胞を培養して作製した眼杯組織を使って、この予測を確かめました。さらにその結果から、眼杯組織の丸い形が作られる際には、1つ1つの細胞が、眼杯組織全体の変形度合いを感じながら、その丸い形を微調整していることが分かりました。

発見した組織形態の調節機構は、様々な器官の形作りにも共通する可能性があり、基礎生物学における多様な器官の形作りの理解につながることが期待されます。また、この機構をうまく利用することができれば、試験管内での器官の形作りをより正確に制御できる可能性もあります。さらに、この組織形態の調節機構の発見には、コンピューターを使ったシミュレーション技術による予測が役立ちました。したがって、このシミュレーション技術は、他の組織・器官の形作りの理解や、奇形や癌などの疾患の理解にも役立つ可能性があります。そこで今後は、発見した組織形態の調節機構の理解をより深めるとともに、シミュレーション技術の予測精度を高めることにより、さらに複雑な組織・器官の作製を実現し、未来の再生医療へ貢献したいと考えています。

 

図1:研究成果の概要