新型コロナウイルスの気管支への感染が血管の構造と機能を低下させることをチップ上で再現～血管床を有するMicrophysiological systems（MPS）を活用したモデル～
マイクロエンジニアリング専攻 横川隆司 教授、藤本和也 助教らの研究グループは、京都大学iPS細胞研究所 高山和雄 講師、京都大学医学研究科 長尾美紀 教授、順天堂大学 岡本徹 教授らと共同で、三次元的な構造を持った気管支と血管の組織を再現できる生体模倣システム（Microphysiological systems (MPS) ）を開発し、新型コロナウイルスへの感染によって放出されるインターフェロン分子が血管の構造に影響を与えることを見出しました。
COVID-19では新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）がヒト呼吸器系臓器に感染することがよく知られていますが、心臓や血管など呼吸器以外の臓器にも影響を与え、さまざまな症状を引き起こすこともわかっています。生体内では複数の臓器における様々な症状が同時多発的に起こるため、それぞれの臓器への感染やその感染機序を詳しく理解するためには、生体外でそれらを調べる方法が必要です。しかし、これまではヒト体内で起こる複雑な反応を再現する方法は限られていました。特に、ウイルス感染により細胞から放出されるサイトカインが他の細胞に与える影響や、血管構造・機能への影響を調べることは困難でした。
本研究では、生体内の環境を再現するためにマイクロ流体デバイスを用いた生体模倣システムを活用し、ヒト気管支上皮細胞からなるオルガノイドと三次元的な血管網を共培養する技術を開発しました。これにより、気管支上皮細胞あるいは血管網に選択的に新型コロナウイルスを感染させることが可能になりました（図1）。その結果、ウイルスは気管支上皮細胞に感染するものの血管内皮細胞には感染しにくいこと、そして感染した気管支上皮細胞からのI型インターフェロンが血管構造を壊し、その機能を低下させることがわかりました。
このモデルを使うことで、新型コロナウイルスが血管に影響を与える過程をさらに理解することや、将来出現する可能性のある新しい感染症にこの技術を応用し、そのメカニズムを解明するために役立つことが期待できます。
本研究成果は2024年1月9日に国際学術誌「Lab on a Chip」のオンライン版に掲載されました。
研究詳細
新型コロナウイルスの気管支への感染が血管の構造と機能を低下させることをチップ上で再現～血管床を有するMicrophysiological systems（MPS）を活用したモデル～
研究者情報
- 横川 隆司 京都大学教育研究活動データベース
- 藤本 和也 京都大学教育研究活動データベース
- 高山 和雄 京都大学教育研究活動データベース
- 長尾 美紀 京都大学教育研究活動データベース