研究概要
当研究室では、組織工学、疾患モデリング、幹細胞研究、薬理学、合成生物学、再生医療に応用可能なマイクロ流体デバイスの開発に取り組んでいます。また、細胞や臓器レベルでの生命機能の理解を深めるため、様々な領域にわたる学際的な研究プロジェクトを推進し、その連携を深めています。そして、QOLの向上だけでなく、個別化医療による病気の治療や診断を可能にするソリューションの提供を目標としています。当研究室は、バイオ工学，機械工学，生物学等様々な領域を専門とする研究員・学生で構成され、臓器チップ（生体模倣システム）からモータータンパク質の生物物理学まで幅広い研究領域に取り組んでいます。現在、大きく分けて四つのテーマについて研究を進めています。
腎臓、膀胱
腎臓近位尿細管MPS
腎近位尿細管は、糸球体濾過液から水やアミノ酸など、尿に排泄されない物質を再吸収する役割を担っています。本研究では、この近位尿細管をMPSとして構成し、その再吸収速度の向上を定量化することを目的としています。また、経上皮電気抵抗測定（TEER）により、組織の成熟度、イオン透過性の変化、腎毒性の評価も行っています。
膀胱MPS(BoC)
複数の細胞からなる膀胱の上皮組織をMPSとしてモデル化し、組織のバリア機能の再現と定量評価を目指すプロジェクトです。 このMPSを用いて病態モデルを作製し、最終的には創薬スクリーニングのプラットフォームとして利用することを想定しています。
ウイルス感染症
COVID-19に代表されるウイルス感染症は、鼻腔、気管支に限らず様々な臓器への感染により引き起こされます。各臓器での免疫応答反応は、血管網を通して他臓器へも影響を及ぼし、重症化を引き起こします。当研究室では、二次元および三次元の血管網構造を持つMicrophysiological systems (MPS)を用いて、ウイルス感染から各種臓器における炎症反応を再現することを目指しています。
機械学習
血管網の脈管形成は、生理的・病理的プロセスにおける血管内皮細胞の運動や腫瘍発生の過程で起こり、血管網の形態は内皮細胞の動的な配置によって決まります。私たちは、 Microphysiological systems (MPS)内において血管網の形態変化を経時的に可視化して、その画像をディープラーニングにより解析しています。これによって、血管網形態とその背景にある遺伝子発現との関連を明らかにすることを目指しています。
オルガノイド
ヒトオルガノイドは、ヒト臓器の構造や機能を模倣したミニ臓器であり、幹細胞から自己組織可能や分化能を利用して作られます。現在、発生生物学の知見に基づき生化学的な因子を加えることで作製されていますが、数mm程度までの大きさまでしか成長しません。 そこで、我々は三次元の血管網構造を持つMicrophysiological systems (MPS)を用いてオルガノイドを培養することで、その成熟化を目指しています。これまでに、大脳オルガノイドや腎臓オルガノイドとの共培養を実現しており、今後は疾患特異的iPS細胞を用いたモデル作製により病態解明や創薬への応用を目指します。
