倉田奨励金研究報告書 第 52 集
2021 年度（第 53 回）助成

自然科学・工学－健康・医療：1 年助成

奨励金№1500

個別化医療を志向した消化管障害の in vitro 評価モデルの開発
岩尾岳洋

名古屋市立大学

大学院薬学研究科准教授

Development of in vitro evaluation model of intestinal
tract damage for personalized medicine
Takahiro Iwao,
Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Nagoya City University, Associate Professor

消化管はさまざまな機能をもった重要な臓器である。その消化管が障害を受けると健康にさまざまな影響を及ぼす。そこで本研究ではヒト生体における消化管障害を評価可能なモデル系の構築を試みた。その結果、ヒト iPS細胞から作製した腸管オルガノイドを、陰窩絨毛様構造を維持したまま二次元的に培養する方法を確立することができた。また、二次元的に培養した腸管オルガノイドの消化管障害の評価への利用の可能性も示唆された。
The intestine is an important organ with a variety of functions. Human health would be affected by intestinal tract
damage. In this study, we attempted to construct the evaluation model of intestinal tract damage in humans. We
were able to establish the two-dimensional culture method of human iPS cell-derived intestinal organoids while
maintaining cr ypt-villus structures. Additionally, it was suggested that intestinal organoids might be used forintestinal tract damage evaluation.

1．研究内容間に種差がある。また、近年は欧米を中心に実験

1.1 目的動物の使用についての制限が厳しくなっており、消化管は医薬品や栄養の吸収をはじめ、多彩な動物実験に代わる代替法の開発が強く求められて機能を有している臓器である。その重要な機能のいる。一方、ヒト生体における評価のためにはヒひとつとして、外界からの異物の体内への侵入をト生体由来の組織や細胞の使用が望ましいが、こ防ぐためのバリアとしての機能がある。そのためれらは多くの場合容易に入手することができない。

消化管に障害がおこると消化管のバリア機能が低

また、簡便に使用できる細胞株の場合は多くがが下するだけでなく、他の臓器へも影響を及ぼすとん細胞に由来するものであることから、ヒトの生いわれている。消化管障害を引き起こす原因とし体を正確に反映しているとは言い難い。したがっては炎症性腸疾患のような消化管の疾患によるもて、ヒト生体における消化管障害を正確に評価でのや、化学物質や医薬品のような化合物によるもきるモデル系の構築が必要であると考える。のなどがある。したがって、このような要因に腸管オルガノイドは吸収上皮細胞だけでなく、杯よって引き起こされる消化管障害を適切に評価す細胞や内分泌細胞、パネート細胞、腸管幹細胞なることが必要であり、また、そのためには適切など腸管を構成するさまざまな細胞種を含んでいる。

モデル系を使用する必要がある。現在このようなまた、生体の消化管のような陰窩絨毛様構造を有評価のためには実験動物やさまざまな in vitro 系する三次元構造体であることから、生体を模倣すが用いられている。しかし、実験動物はヒトとのる評価系としてさまざまな領域での利用が期待さ倉田奨励金研究報告書 第 52 集
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自然科学・工学－健康・医療：1 年助成れている。そこで本研究では、ヒト iPS 細胞から腸鏡で観察を行ったところ、高密度かつ長い微絨毛管オルガノイドを作製し、これを用いた消化管障の存在が確認された。また、バリア機能を規定す害の新たな評価モデルとしての構築を目的とした。

るタイトジャンクションの存在も確認された。そこで、さらに長期間陰窩絨毛様構造を維持したま1.2 方法

ま培養可能な方法の検討も行った。その結果、陰これまでに我々が確立した方法を用いてヒト iPS

窩絨毛様構造を維持したまま比較的長期間培養す細胞から腸管オルガノイドを作製した（Onozatoることができた。培養している期間はバリア機能

et al., J. Pharm. Sci., 2021）。このヒト iPS 細胞由の指標である TEER 値の大きな変動はなく、一定来腸管オルガノイドをセルカルチャーインサートの値を保っていた。また、遺伝子の発現解析から、上に播種した。一定期間セルカルチャーインサー

腸管幹細胞などのマーカー遺伝子の発現が培養期

ト上で培養を行い、顕微鏡下で細胞形態の観察を間をとおして、比較的一定の発現レベルで推移し行った。微絨毛やタイトジャンクションの観察にていた。吸収上皮細胞や杯細胞など腸管上皮に存おいては、透過型電子顕微鏡による観察を行った。

在する細胞のマーカー遺伝子の発現レベルも培養

分化の程度はリアルタイム PCR 法によりマーカー期間中は維持されていた。

遺伝子の発現レベルを解析することによって評価した。また、バリア機能の評価は、タイトジャンクションの頑健性の指標である経上皮電気抵抗値（TEER 値）を測定することにより行った。

1.4 結論本研究では、ヒト iPS 細胞から三次元構造体の腸管オルガノイドを作製し、その陰窩絨毛様構造を維持したまま、二次元的に培養する方法を確立

1.3 結果することができた。また、この二次元的に培養し三次元の構造をしている腸管オルガノイドは、た腸管オルガノイドに化合物を曝露することに多くの場合腸管オルガノイドの内側が腸管の管腔よって消化管障害の評価が可能あることを示唆す側に相当する構造をとっている。そのため、腸管る予備的な知見を得ることができた。さらに、この管腔側からの物質の曝露を考えた場合、腸管オの二次元的に培養した腸管オルガノイドは陰窩絨ルガノイドの内腔に注入する必要がある。しかし、毛様構造を維持したまま比較的長期間培養するこ

実際に実験を行うにあたってこの操作を腸管オルとができたことから、長期間の物質の曝露などにガノイドひとつひとつに対して行うことは現実的

よる慢性的な消化管障害の評価にも応用できる可ではない。また、腸管のバリア機能の評価を行う能性が示唆された。

場合は、三次元構造体の腸管オルガノイドでは定量的な解析が難しい。そこで、操作が簡便であり、

2．発表（研究成果の発表）かつ、比較的定量的な解析が可能な評価系とする

2.1 学会発表

ため、三次元構造体の腸管オルガノイドをセルカ

1. 岩尾岳洋．医薬品の消化管吸収や安全性評価のルチャーインサート上の播種し、二次元的に培養ための iPS 細胞由来腸管細胞．日本薬物動態学することを試みた。その結果、腸管オルガノイド会第 37 回年会（横浜、2022 年 11 月 7−10 日）．

で見られるような陰窩絨毛様構造を有したまま、

2. 小川勇、岩尾岳洋、松永民秀．ヒト iPS 細胞セルカルチャーインサート上で二次元的に培養す由来腸管オルガノイドを用いた薬物吸収予測モることが可能な方法を確立することができた。こデルの検証．日本薬物動態学会第 37 回年会の陰窩絨毛様構造を有した細胞を透過型電子顕微（横浜、2022 年 11 月 7−10 日）．