成果報告書詳細
管理番号20130000000693
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 ヒト幹細胞産業応用促進基盤技術開発 ヒト幹細胞実用化に向けた評価基盤技術の開発(独立行政法人医薬基盤研究所)
公開日2015/3/10
報告書年度2010 - 2012
委託先名独立行政法人医薬基盤研究所
プロジェクト番号P10027
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約件名: 平成22年-平成24年度成果報告書 ヒト幹細胞産業応用促進基盤技術開発 ヒト幹細胞実用化に向けた評価基盤技術の開発」

 幹細胞の医療及び産業応用への期待が世界的に高まっている。しかしながらiPS細胞においては提供者の年齢、由来する組織の違いによって、また、樹立方法や樹立後の培養方法の違い等によっても、異なることが指摘されている。こうした細胞源を産業応用、とりわけ再生医療に利用するためには、その品質を維持・管理しながら大量培養・供給するシステムを構築することが求められる。本研究開発は、様々な細胞に分化する能力を有するヒト幹細胞の産業利用促進の重要な基盤となる、品質の管理されたヒト幹細胞を安定的に大量供給する技術の開発を行うことを目標とし、その中で、医薬基盤研は、ニコンならびに名古屋大学と協力して、免疫染色やRNA抽出など細胞に侵襲を加えることなく、生細胞の観察による幹細胞の品質評価を行うことができる非侵襲的幹細胞評価画像解析装置を開発中である。
 開発は、次戦略により進めた。1、品質評価画像解析技術の基礎設計、2、非侵襲的2次元幹細胞画像解析技術の開発。2は(i) 幹細胞コロニー形態法:「目利き」による異常形態コロニーを判別、(ii) 幹細胞形態法(細胞単位での幹細胞評価技術)(iii) 幹細胞増殖率による幹細胞評価技術 について、研究を進めた。
 研究の結果、ヒトiPS細胞株の見た目を定量的に定義し、iPS細胞の培養工程中のコロニーの輪郭形状や明瞭性、面積、細胞密度、などの形態特徴量を数値化することにより、細胞形態評価アルゴリズムを設計できた。さらに、分化した細胞形態を認識するヒト幹細胞画像評価ソフトのプログラムの開発を行った。これらの設計を基礎として、生物学的多次元情報と細胞形態情報との相関関係を情報解析した結果、相関性があることが予測された。
 最終目標は、幹細胞を安定に培養・保存する自動培養・保存装置と動作連携する各種幹細胞の品質を評価可能な非侵襲画像評価解析装置を確立することである。課題は、取得した画像の解析により品質評価する手法を細胞の状態により変更する必要があることである。そのため、それらを自動選択できるようソフトウェア、及びハードウェアを開発し、自動培養・保存装置と動作連携した非侵襲画像評価解析装置を確立することを目指す。
英文要約Title: The development to accelerate the industrial application of human stem cells.Expectation for industrial and medical applications of human pluripotent stem cells is growing in the world. However, in the case of induced pluripotent stem (iPS) cells, donor age or tissue types of donor cells make affects on cell quality of iPS. Further, the differences in methods of establishment of iPS cells or culture conditions after the establishment affect the characteristics of the iPS cells. To use such kind of cells as a source for industrial application, especially regenerative medicine, development of a new system to mass culture and supply the cells is required. The cell quality should be controlled strictly. With the goal to develop the technology for large supply human iPS cells capable of differentiating into various cells, this project would become an important foundation for promotion of industrial use of human stem cells. In this project, National Institute of Biomedical Innovation (NIBIO), Nikon instrument, and Nagoya University play part in the development of noninvasive quality control system using live cell imaging analyzer without damaging the cells, such as RNA extraction, or immunostaining.
Development has been promoted by the following strategy.
(1) Foundation design of quality evaluation using image analysis technology
(2) Development of non-invasive two-dimensional stem cell image analysis technology
(i) Evaluation by Stem cell colony morphology: determine the abnormal morphology of colony by the "connoisseur"
(ii) Evaluation by morphology of each cell
(iii) The stem cell evaluation technology by stem cell proliferation rate
As results of the study, the appearance of the human iPS cell lines was qualified. By
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digitizing form feature value and clarity contour shape, area, such as cell density, the colonie, cell morphology evaluation algorithm was designed. In addition, a program human stem cell image evaluation that recognizes the form of differentiated cells have been developed. Result of the information analysis on the basis of this design, correlation is predicted between the cell shape and information of the biological multi-dimensional information.
The ultimate goal is to establish a non-invasive evaluation image analyzer to work with automatic culture and storage device of stem cells. The challenge is that it is necessary to change the state of the cells by the method for quality evaluation. Therefore, the aim is to develop the non-invasive image analysis evaluation device, software or hardware, so that it can automatically select them, worked in conjunction with automatic culture-storage device.
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