2023年6月14日
国立大学法人东北大学
国立研究开发法人科学技术振兴机构( JST )
成功开发出了可活着观察体内细胞增殖小鼠-期待应用于各种疾病的治疗方法开发- |
【研究要点】
想调查的细胞在体内增殖，成功开发出了在活着的状态下通过少量采血就可以高灵敏度观察的老鼠。
利用这个老鼠，我们成功地随时间推移观察了肝脏的细胞和胰脏的胰岛素产生细胞的增殖。
通过这种方法，在有效利用实验资源的同时，增加胰岛素产生细胞的糖尿病再生治疗和抑制癌细胞增殖的药剂等各种疾病的治疗方法的开发备受期待。
【研究概要】
迄今为止，为了随时间推移观察细胞在活动物体内是否增殖，只能在多个时刻采集动物内脏进行分析。 这个方法需要包括动物在内的很多实验资源。
东北大学研究生院医学系研究科糖尿病代谢内科学领域以及东北大学医院糖尿病代谢内分泌内科的今井淳太副教授、菅原裕人助教、片桐秀树教授等小组，成功开发出了能够在有生之年以极少量采血的形式经时且高灵敏度地观察想调查的细胞在体内增殖的老鼠。 使用这个方法，除了肝脏的细胞增殖之外，还成功地用同一只老鼠，在有生的状态下，持续观察了数量更少的胰脏b细胞注2的增殖。 此外，研究人员还发现，这种老鼠的细胞有可能应用于探索增加细胞的药剂。
通过使用这些方法，在有效利用实验资源的同时，增加胰岛素产生细胞的糖尿病根治药和抑制癌细胞增殖的药剂等多种疾病的治疗方法的开发备受期待。
本研究成果将刊登在2023年6月14日(当地时间) Nature Communications杂志上。
【研究内容】
细胞增殖是动物体内细胞增加的机制之一。 迄今为止，为了随时间推移观察哪些细胞在动物体内增殖，只能在多个时间点摘除动物的内脏，对内脏的标本进行染色并用显微镜等进行观察。 这个方法需要包括动物在内的很多实验资源。
这次，东北大学研究生院医学系研究科糖尿病代谢内科学领域以及东北大学医院糖尿病代谢内分泌内科的今井淳太副教授、菅原裕人助教、片桐秀树教授等小组，通过偶尔采集极少量的血液，成功开发出了可以持续观察生存状态的老鼠，以了解要调查的细胞在体内增殖到什么程度。
首先，研究小组开发出了一种基因修饰小鼠，当特定的细胞发生增殖时，会生成荧光素酶注3这种蛋白质并释放到血液中。 从这只老鼠身上抽取少量血液，测量血液中荧光素酶的量，就可以检测出体内实时发生的特定细胞的增殖(图1 )。 此外，该方法除了可以用同一只老鼠多次观察细胞增殖的状态外，还根据想调查的细胞种类改变基因改变机制，从而观察各种类型的细胞增殖。
接下来，使用该基因修饰小鼠，观察了肝脏细胞的增殖。 部分切除肝脏后，残留的肝脏细胞会增殖以维持肝脏的大小和功能。 因此，我们将这只老鼠的肝脏部分切除后采血，随时间推移观察了肝脏细胞的增殖。 结果，极其敏锐地检测到了肝脏细胞的增殖变化(图2 )。
另外，我们观察了体内数量非常少的胰岛素产生细胞——胰脏的b细胞的增殖。 研究小组在过去的研究中发现，神经信号引起b细胞的增殖。注4。 因此，用这只老鼠通过神经信号刺激b细胞的增殖，经时观察后，敏锐地检测出了b细胞增殖的变化(图3 )。 另外，怀孕、肥胖、年轻时都知道会发生b细胞的增殖，这些随时间的变化也可以用这个老鼠检测出来(图4 )。 由此可知，通过该方法也能够灵敏度良好地检测数量少的细胞的增殖。
进而，使用该小鼠的b细胞，使已知诱导b细胞增殖的物质在试管内作用时，细胞的培养基中的荧光素酶增加，高灵敏度地检测出了细胞增殖(图5 )。 提示通过使用该方法，有可能发展对增加b细胞的物质的探索。
通过本研究，成功开发出了用极少量的采血就可以在活着的状态下经时观察想调查的细胞在体内增殖的老鼠。 通过使用该小鼠，在有效利用实验资源的同时，在糖尿病中增加胰岛素产生细胞、心力衰竭中增加心脏细胞、老年人肌肉量减少时增加肌肉细胞等各种疾病方面，期待着前所未有的治疗药物的开发。 另一方面，通过让这种老鼠发生癌症，观察给药时癌细胞的增殖，可以认为这也有助于开发出抑制癌症的药剂。
【谢辞】
本研究由“科学技术振兴机构( JST ) moonshot型研究开发事业(课题编号: JPMJMS2023 )”、“文部科学省科学研究经费补助金(课题编号: 20H05694 22H0312421、22K19303 )”、 在“日本医疗研究开发机构( AMED )创新性尖端研究开发支援事业PRIME (课题编号: 21gm6210002h0004 )”的支持下进行。
来自月拍型研究开发事业片桐秀树项目经理的评论:本研究成果是开发出了可以用同一老鼠个体随时间推移监视胰脏β细胞等目标细胞增殖的划时代技术。 通过活用这一新技术，可以筛选出增加β细胞的化合物，这直接关系到作为本月拍摄目标2的目的的、从糖尿病未病阶段开始正常恢复的方法的开发。
【用语】
注1 .细胞增殖:一个细胞分裂成两个导致细胞增加。 这是在维持内脏器官正常工作和大小方面极其重要的机制。 另外，众所周知，癌细胞的增殖是癌症变大的原因。
注2. b细胞:体内唯一产生降血糖激素胰岛素的细胞。 聚集存在于被称为朗格汉斯岛的胰脏中的很多岛状部位。 众所周知，b细胞的作用减弱，数量减少，会导致糖尿病发病。
注3 .荧光素酶:作用于一种叫荧光素的发光物质，具有催化荧光素发光的化学反应作用的酶。 没有哺乳类。
注4 .本研究组发现由一种称为迷走神经的自主神经释放的信号引起b细胞增殖，发现了其重要性( science 322:1250-1254，2008，nature communication S8:1930，2017 )。
图1测定血中分泌的荧光素酶的量，成功制作出可以检测特定细胞增殖的小鼠
图2小剂量采血成功持续检测小鼠体内肝脏切除后肝脏细胞增殖的变化
**存在较大的显著差异
图3 (a )少量采血成功连续检测小鼠体内神经信号刺激引起的b细胞增殖变化
( b )本次开发方法检测的B细胞增殖与传统胰腺标本检测方法的B细胞增殖密切相关
**存在较大的显著差异
图4 (a )少量采血成功持续检测小鼠体内妊娠时b细胞增殖的变化
( b )小剂量采血成功持续检测小鼠体内肥胖时B细胞增殖的变化
( c )小剂量采血成功持续检测b细胞增殖在年轻小鼠体内的变化
*有显著性差异**有较大的显著性差异
图5在试管内，用以往的细胞增殖评价法难以检测的增殖诱导
利用导因子成功检测b细胞增殖n.s.:无显著性差异*有显著性差异
【论文题目】
title:a highly sensitive strategy for monitoring real-time proliferation of targeted cell types in vivo
(开发在体外随时间观察目标细胞实时增殖的高灵敏度方法)
作者名称:菅原裕人、今井淳太*、山本淳平、井泉知仁、川名洋平、远藤彰、木幡将人、清家准朗、久保晴丸、驹村宽、宗像佑一郎、浅井洋一郎、穗坂真一郎、泽田正二郎、儿玉慎二郎、高桥圭、金子庆三、片桐
*责任作者东北大学研究生院医学系研究科糖尿病代谢内科学领域副教授今井淳太
刊登杂志名称: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-023-38897-5
【研究者信息】
东北大学研究生院医学系研究科/糖尿病代谢内科学领域今井淳太副教授·研究者https://research map.jp/read 0138542
研究室http://www.diabetes.med.tohoku.AC.jp /
【咨询方式】
(有关研究的事情)
东北大学研究生院医学系研究科
糖尿病代谢内科学领域
副教授今井淳太
TEL:022-717-7611
e-mail:imai [ at ] med.toho ku.AC.jp
( JST事业相关事宜)
科学技术振兴机构月摄型研究开发事业部犬饲孔
TEL:03-5214-8419
传真: 03-5214-8427
e-mail:moon shot-info [ at ] jst.go.jp
(有关采访的事情)
东北大学研究生院医学系研究科医学部宣传室
东北大学医院宣传室
TEL:022-717-7149
传真: 022-717-8931
e-mail:press [ at ] pr.med.tohoku.AC.jp
科学和技术振兴机构宣传科
TEL:03-5214-8404
传真: 03-5214-8432
E-mail:jstkoho[at]jst.go.jp 【咨询方式】
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东北大学研究生院医学系研究科
糖尿病代谢内科学领域
副教授今井淳太
TEL:022-717-7611
e-mail:imai [ at ] med.toho ku.AC.jp
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科学技术振兴机构月摄型研究开发事业部犬饲孔
TEL:03-5214-8419
传真: 03-5214-8427
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