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オルガノイドとは


 
 

オルガノイドとは

オルガノイド(Organoid)とは試験管の中で幹細胞から作るミニチュアの臓器です。幹細胞のもつ自己複製能と分化能を利用して自己組織化させることで3次元的な組織様構造として形成されます。

オルガノイドとは

これまでの培養細胞やスフェロイドに比べ、オルガノイドは解剖学的・機能的に生体内の器官に近い特徴を有し、正常組織由来のオルガノイドや疾患組織由来のオルガノイドの構築も可能です。
そのため研究の応用範囲は多岐にわたります。発生学・生理学・進化学などの基礎研究に留まらず、疾患の病態理解や薬効・毒性・薬物動態などの創薬研究に使われています。また、オルガノイドを移植に用いた再生医療への応用研究も始まっています。


オルガノイドの種類と用途

オルガノイドには主に多能性幹細胞(iPS細胞、ES細胞)由来のオルガノイドと組織幹細胞由来のオルガノイドがあります。

オルガノイドの種類と用途

オルガノイド技術の活用

オルガノイド技術は、発生学や疾患原因の究明などの基礎研究から、薬剤試験などの創薬研究、再生医療への利用が始まっています。それぞれの研究成果が、他の分野の研究の発展につながっています。

オルガノイド技術の概要図

>オルガノイド技術の概要図

多能性幹細胞オルガノイドの応用

多能性幹細胞由来のオルガノイド研究は、各器官の分化メカニズムを解明し、疾患の原因究明や薬剤試験、再生医療への応用につながっています。

Starting cells Organoids Applications References
ヒトESCおよびiPSC 脳オルガノイド 人間の皮質発達と小頭症のモデリング Lancaster MA et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 501, 373-9 (2013). [PMID:23995685]
ヒトESCおよびiPSC 脳オルガノイド ヒト胎児新皮質発達のモデリング Camp JG et al. Human cerebral organoids recapitulate gene expression programs of fetal neocortex development. Proc Natl Acad Sci U S A. 112, 15672-7 (2015). [PMID:26644564]
ヒトiPS細胞 脳オルガノイド 自閉症スペクトラム障害のモデリング Mariani J et al. FOXG1-Dependent Dysregulation of GABA/Glutamate Neuron Differentiation in Autism Spectrum Disorders. Cell. 162, 375-390 (2015). [PMID:26186191]
ヒトESCおよびiPSC 脳オルガノイド ジカウイルス感染のモデリング Cugola FR et al. The Brazilian Zika virus strain causes birth defects in experimental models. Nature. 534, 267-71 (2016). [PMID:27279226]
ヒトiPS細胞 脳領域固有のオルガノイド ジカウイルス感染のモデリング
アプリケーション応用の可能性:人間の脳の発達と疾患モデリング、および薬物検査
Qian X et al. Brain-Region-Specific Organoids Using Mini-bioreactors for Modeling ZIKV Exposure. Cell. 165, 1238-1254 (2016). [PMID:27118425]
ヒトiPS細胞 脳オルガノイド ジカウイルス感染のモデリング Garcez PP et al. Zika virus impairs growth in human neurospheres and brain organoids. Science. 352, 816-8 (2016). [PMID:27064148]
ヒトiPS細胞 脳オルガノイド ゼッケル症候群のモデリング Gabriel E et al. CPAP promotes timely cilium disassembly to maintain neural progenitor pool. EMBO J. 35, 803-19 (2016). [PMID:26929011]
ヒトESCおよびiPSC 皮質オルガノイド 霊長類の種の違いのモデリング Otani T et al. 2D and 3D Stem Cell Models of Primate Cortical Development Identify Species-Specific Differences in Progenitor Behavior Contributing to Brain Size. Cell Stem Cell. 18, 467-80 (2016). [PMID:27049876]
ヒトiPS細胞 皮質スフェロイド 皮質の発達と病気のモデリング Pasca AM et al. Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture. Nat Methods. 12, 671-8 (2015). [PMID:26005811]
ヒトiPS細胞 網膜オルガノイド 緑内障のモデリング Tucker BA et al. Duplication of TBK1 Stimulates Autophagy in iPSC-derived Retinal Cells from a Patient with Normal Tension Glaucoma. J Stem Cell Res Ther. 3, 161 (2014). [PMID:24883232]
ヒトESCおよびiPSC 腸オルガノイド 腸の発達
応用の可能性:腸疾患のモデリング
Spence JR et al. Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro. Nature. 470, 105-9 (2011). [PMID:21151107]
ヒトESCおよびiPSC 小腸オルガノイド 腸の切除及び移植における応答 Watson CL et al. An in vivo model of human small intestine using pluripotent stem cells. Nat Med. 20, 1310-4 (2014). [PMID:25326803]
ヒトiPSC 肝臓の臓器芽 再生医療のための臓器芽移植 Takebe T et al. Vascularized and functional human liver from an iPSC-derived organ bud transplant. Nature. 499, 481-4 (2013). [PMID:23823721]
ヒトiPS細胞 嚢胞オルガノイド アラジール症候群、多嚢胞肝疾患、嚢胞性線維症に関連する胆管症のモデリングと薬剤の検証 Sampaziotis F et al. Cholangiocytes derived from human induced pluripotent stem cells for disease modeling and drug validation. Nat Biotechnol. 33, 845-852 (2015). [PMID:26167629]
ヒトiPS細胞 嚢胞オルガノイド 胆汁の発達と嚢胞性線維症の研究 Ogawa M et al. Directed differentiation of cholangiocytes from human pluripotent stem cells. Nat Biotechnol. 33, 853-61 (2015). [PMID:26167630]
ヒトiPSC 肺オルガノイド 肺の発達研究
応用の可能性:肺疾患のモデリング
Dye BR et al. In vitro generation of human pluripotent stem cell derived lung organoids. Elife.4:e05098 (2015). [PMID:25803487]
ヒトiPS細胞 腎臓オルガノイド 応用の可能性:腎臓病のモデリング、腎毒性のスクリーニング、細胞療法 Takasato M et al. Kidney organoids from human iPS cells contain multiple lineages and model human nephrogenesis. Nature. 526, 564-8 (2015). [PMID:26444236]
ヒトESCおよびiPSC 胃オルガノイド 胃の発達とピロリ菌感染のモデリング McCracken KW et al. Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids. Nature. 516, 400-4 (2014). [PMID:25363776]

多能性幹細胞オルガノイドの応用

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