【日本iPS细胞研究报告(三)】横滨市立大学篇:用iPS细胞培育肝肠肾肺心等脏器

生命科学 2018年07月18日

据2008年2月18日《朝日新闻》报道的日本各大学及科研所等学术机构就iPS细胞研究的分工计划表(图1)来看,横滨市立大学主要由大学院医学研究科谷口英树教授的脏器再生医学实验室来承担。

日本iPS细胞研究报告

图1 日本各个学术机构iPS研究预定 (来自2008年《朝日新闻》)

谷口英树教授(图2)1989年毕业于筑波大学医学专业,1997年任筑波大学临床医学系讲师(外科)。2002年就任横浜市立大学医学部教授(脏器再生医学)。现任日本脏器保存生物医学会理事、日本再生医疗学会评议委员、日本移植学会评议委员等。2014年荣获贝尔兹奖*。谷口教授的脏器再生医学实验室同时对肝脏、胰腺、肠道、唾液腺等消化系统多个器官的干细胞展开研究[1]。

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图2 代武部贵则领AMED理事长奖的谷口英树教授 (来自YCU官网)

2008年9月15日的《日本经济新闻》曾报道了谷口英树教授采用iPS细胞生成的三类细胞制作成功具有血管网络的肝脏;2011年2月,采用β细胞成功培养出胰岛立体组织(《日经产业新闻》);同年8月,发现耳部软骨干细胞并培育出可用于交通事故等面部修复整形的软骨组织(《日刊工业新闻》);2012年6月8日,《读卖新闻》预告谷口英树教授和助手武部贵则成功用iPS细胞诱导培养后,在小鼠体内生产人肝脏(图3)。

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图3 用iPS培育人肝脏的流程示意图 (来自《读卖新闻》)

2013年,谷口英树教授和武部贵则研究员在世界上首次利用iPS细胞培育出具有功能性肝芽的成果在《Nature》发表[文献1]。由此也加速了武部贵则(图4)的学术开挂生涯。基于后续不断在iPS细胞再生医疗领域的成果,2018年1月15日31岁的武部贵则升任横滨市立大学先端医科学研究中心教授,2月1日兼任东京医科齿科大学教授,成为两校历史上最年轻的教授。文部科学省曾于2016年对全国约七万一千位大学教授调查统计,当时最年轻的为33岁。武部贵则成为当下全日本最年轻的现任教授[2]。

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图4 武部贵则 (来自YCU官网)

武部贵则和谷口英树教授的研究团队近年成果涌现:2015年,和埼玉大学研究生院理工学研究科副教授吉川洋实等一起,研究出人工制造肝脏、肾脏、胰脏、肺、心脏等器官立体原基(器官芽)的通用培育方法; 2017年6月,成功阐明利用iPS cells培育人体肝芽(IPSC Liver Buds)的复杂机理;12月,与多家企业进行产学研合作,开发出人体肝芽大量制备的革新性技术;2018年2月,可用于肝脏、肠道等再生的内胚叶前去细胞(Posterior Gut Endoderm Cells, PGEC)诱导分化成功(图5);5月,创建了一种新型细胞工程培养技术--“自律培养”(self-condensation culture),成功制备出“血管化胰岛”等拥有功能性血管网的各类立体组织团。

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图5 iPS细胞诱导出的类肠器官 (来自YCU官网)

2018年7月4日,武部贵则教授研究团队宣布,成功在iPS细胞培育成的肝芽内植入了超小型IC芯片(图6)。团队用iPS细胞形成的肝脏细胞聚集成0.8毫米见方的肝芽时,放入460μm×480μm的芯片(Radio-frequency identification, RFID),生成可以识别定位又不损伤正常功能的肝芽RiO (RFID chip-incorporated organoid)。新型带芯片的不同诱导组织器官原基,可以大大加速候选药物的筛选速度,加快新药研发效率。该成果发表在5月31日的《iScience》上[文献2]。

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图6 iPS细胞培育的带芯片肝芽 (研究团队提供)

横滨市立大学(YCU)成立于1928年,当时被称为市立横滨商业专门学校,其前身为创建于1882年(明治15年)的横滨商法学校。明治初期,横滨作为日本第一贸易大港口,是名副其实的国际商业大都市。1949年,与横滨市立医学专门学校合并后,横滨市立大学在医学等科学领域开始发力。近年,横滨市立大学在iPS细胞相关研究和应用上,也捷报频传。今年的校园开放日定在9月1日,可以同时参观横滨市立大学鹤见校区和理化学研究所横滨分所(图7)。

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图7 横滨市立大学校园开放日海报

延伸阅读:
  *贝尔兹奖(ベルツ賞),1964年由德国制药巨头Boehringer Ingelheim设立,旨在重温日本与德国之间医学方面的历史渊源,进一步加深两国之间的友谊,和支持日本医学会的研究活动。该奖项以一位曾为日本现代医学发展做出巨大贡献的德国医生Erwin Otto Balz命名[3]。贝尔兹博士作为莱比锡大学(Leipzig University)讲师,1876年(明治9年)赴日任教。在东京医学院(现东京大学医学院的前身)教授内科、生理学、药理学、病理学、妇科学和精神病学等26年间,培育了众多优秀的日本本土医学家,并致力于日本防疫等公共卫生的基础建设。1905年,他是最后一名离开日本的德国大学教师。贝尔兹教授被认为是明治时期将西医引进日本,开启日本近代文明的重要贡献者之一[4]。

供稿 宋傑
编辑修改 客观日本编辑部

相关文献:
1. Takanori Takebe, Keisuke Sekine, Masahiro Enomura, Hiroyuki Koike, Masaki Kimura, Takunori Ogaeri, Ran-Ran Zhang, Yasuharu Ueno, Yun-Wen Zheng, Naoto Koike, Shinsuke Aoyama, Yasuhisa Adachi & Hideki Taniguchi. Vascularized and functional human liver from an iPSC-derived organ bud transplant. Nature volume 499, pages 481-484, 25 July 2013.

2. Masaki Kimura, Momoko Azuma, Ran-Ran Zhang, Wendy Thompson, Christopher N. Mayhew, Takanori Takebe. Digitalized Human Organoid for Wireless Phenotyping. iScience. May 31, 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.05.007

相关链接:
1. 谷口英树教授[网址]
2. 武部贵则简介[网址]
3. 贝尔兹奖[网址]
4. 贝尔兹对日德医学关系的贡献[网址]

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