2025/03/31 更新

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アキヤマ ヒロカズ
秋山 裕和
AKIYAMA Hirokazu
所属
大学院工学研究科 生命分子工学専攻 生命システム工学 助教
大学院担当
大学院工学研究科
学部担当
工学部 化学生命工学科
職名
助教
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位 1

  1. 博士(工学) ( 2011年3月   九州大学 ) 

研究キーワード 9

  1. バイオプロセス

  2. 幹細胞

  3. 再生医療

  4. 実験計画法

  5. 心筋細胞

  6. バイオインフォマティクス

  7. 生物化学工学

  8. 組織工学

  9. オルガノイド

研究分野 1

  1. ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / バイオ機能応用、バイオプロセス工学

現在の研究課題とSDGs 2

  1. 再生医療・創薬のための幹細胞の新規分化誘導技術の開発

  2. 再生医療のための有用細胞生産プロセスの開発

経歴 6

  1. 名古屋大学   大学院工学研究科 生命分子工学専攻 生命システム工学講座 生物化学工学研究グループ   助教

    2021年5月 - 現在

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    国名:日本国

  2. 株式会社Revorf   主任研究員

    2020年5月 - 2021年4月

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    国名:日本国

  3. 株式会社カネカ   主任

    2015年4月 - 2020年4月

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    国名:日本国

  4. University of Toronto   Institute of Biomaterials & Biomedical Engineering   客員研究員

    2016年5月 - 2018年4月

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    国名:カナダ

  5. 株式会社カネカ   研究員

    2011年4月 - 2015年3月

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    国名:日本国

  6. 日本学術振興会   特別研究員(DC2)

    2009年4月 - 2011年3月

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    国名:日本国

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学歴 3

  1. 九州大学   大学院工学府   化学システム工学専攻 博士後期課程

    2008年4月 - 2011年3月

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    国名: 日本国

  2. 九州大学   大学院工学府   化学システム工学専攻 修士課程

    2007年4月 - 2008年3月

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    国名: 日本国

  3. 九州大学   工学部   物質科学工学科

    2003年4月 - 2007年3月

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    国名: 日本国

所属学協会 4

  1. 化学工学会

  2. 日本生物工学会

  3. 日本再生医療学会

  4. 日本動物細胞工学会

 

論文 17

  1. Identification of barley-derived peptides with angiotensin converting enzyme inhibitory activity 査読有り

    Kaito Endo , Hirokazu Akiyama , Keiko Kano , Emi Mishiro-Sato, Takefumi Karashima , Yasuhiro Kajiwara , Hideharu Takashita , Kazunori Shimizu and Hiroyuki Honda

    International Journal of Food Engineering   21 巻 ( 2 ) 頁: 87 - 95   2025年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1515/ijfe-2024-0255

  2. Discovery of fibroblast growth factor 2-derived peptides for enhancing mice skeletal muscle satellite cell proliferation 査読有り Open Access

    Fujii, I; Kinoshita, R; Akiyama, H; Nakamura, A; Iwamori, K; Fukada, S; Honda, H; Shimizu, K

    BIOTECHNOLOGY JOURNAL   19 巻 ( 8 ) 頁: e2400278   2024年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Biotechnology Journal  

    Skeletal muscle satellite cells (SCs) are essential for muscle regeneration. Their proliferation and differentiation are influenced by fibroblast growth factor (FGF)-2. In this study, we screened for FGF-2-derived peptides that promote SC proliferation. Utilizing photocleavable peptide array technology, a library of 7-residue peptides was synthesized, and its effect on SC proliferation was examined using a mixture of five peptides. The results showed that peptides 1–5 (136%), 21–25 (136%), 26–30 (141%), 31–35 (159%), 71–75 (135%), 76–80 (144%), and 126–130 (137%) significantly increased SC proliferation. Further experiments revealed that peptide 33, CKNGGFF, enhanced SC proliferation. Furthermore, its extended form, peptide 33-13, CKNGGFFLRIHPD, promoted SC proliferation and increased the percentage of Pax7-positive cells, indicating that SCs were maintained in an undifferentiated state. The addition of FGF-2 and peptide 33-13 further induced cell proliferation but did not increase the percentage of Pax7-positive cells. A proliferation assay using an FGF receptor (FGFR) inhibitor suggested that peptide 33-13 acts through the FGFR-mediated and other pathways. Although further research is necessary to explore the mechanisms of action of these peptides and their potential for in vivo and in vitro use, the high sequence conservation of peptides 33 and 33-13 in FGF-2 across multiple species suggests their broad application prospects in biomedical engineering and biotechnology.

    DOI: 10.1002/biot.202400278

    Open Access

    Web of Science

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    PubMed

  3. Separation and enrichment of multiple bile acid micelle-disrupting peptides by adsorption/desorption process with heat-treated porous silica gels 査読有り

    Iriyama, M; Hagawa, H; Shimizu, S; Akiyama, H; Shimizu, K; Honda, H

    BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL   205 巻   2024年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biochemical Engineering Journal  

    Bile acid (BA) micelle-disrupting peptides are bioactive peptides (BPs) that suppress intestinal cholesterol adsorption and ameliorate blood cholesterol levels. To facilitate their application in the food industry, an effective and straightforward technology for BP separation and enrichment of BPs is required. For this purpose, we assessed the potential of heat-treated (HT) porous silica gels with an enhanced capacity for peptide adsorption/desorption (AD). Given the key characteristics of these peptides involving basic amino acid (AA) residues, we applied casein hydrolysate to HT silica gels for adsorption at neutral pH, where the surface yielded anionic silanolates through deprotonation. Subsequently, desorption was conducted at pH 2, at which point the surface returned to its neutral state. We confirmed a 335-fold increase in the BA micelle-disrupting activity of the resulting hydrolysates. LC-MS/MS analysis identified 783 peptides, confirming that the peptides containing cationic AA residues were selectively enriched, as expected. Moreover, a dose-response of randomly selected 27 peptides with various enrichment levels revealed the presence of multiple active peptides in the enriched groups. These results indicate that our method is effective for the separation and enrichment of BA micelle-disrupting peptides and holds promise for BP production.

    DOI: 10.1016/j.bej.2024.109283

    Web of Science

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  4. Electrical pulse stimulation-induced tetanic exercise simulation increases the secretion of extracellular vesicles from C2C12 myotubes 査読有り

    Murata, A; Akiyama, H; Honda, H; Shimizu, K

    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS   672 巻   頁: 177 - 184   2023年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biochemical and Biophysical Research Communications  

    Extracellular vesicles (EVs) released into the blood during exercise mediate its whole-body health effects. The differentiation of EVs released by skeletal muscle cells in vivo from those released by other cells is challenging, therefore, it is unclear whether exercise increases the number of EVs secreted by skeletal muscle cells. In this study, we investigated whether exercise affects the quantity of EVs released from skeletal muscle cells using in vitro exercise models. C2C12 myotubes were cultured on a gel layer with 1 or 30 Hz electrical pulse stimulation (EPS) to induce contractions as an artificial simulating exercise. We found that tetanic contraction induced by 30 Hz EPS increased the number of secreted EVs. MicroRNA (miRNA)-seq analysis revealed that 30 Hz EPS altered the miRNA in the secreted EVs. Furthermore, expression analysis of genes related to the biogenesis and transport of EVs revealed that the expression of ALG-2 interacting protein X (Alix) was increased in response to 30 Hz EPS, and the peak value of intracellular Ca2+ in myotubes at 30 Hz EPS was higher than that at 1 Hz, indicating that the increase in intracellular Ca2+ concentration may be related to the increased secretion of EVs in response to 30 Hz EPS.

    DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.06.054

    Web of Science

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  5. Alignment of Skeletal Muscle Cells Facilitates Acetylcholine Receptor Clustering and Neuromuscular Junction Formation with Co-Cultured Human iPSC-Derived Motor Neurons 査読有り Open Access

    Shimizu, K; Kassai, H; Kamei, Y; Yamamoto, K; Nagashima, T; Maekawa, T; Akiyama, H; Honda, H

    CELLS   11 巻 ( 23 ) 頁: 3760 - 3760   2022年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Cells  

    In vitro neuromuscular junction (NMJ) models are powerful tools for studying neuromuscular disorders. Although linearly patterned culture surfaces have been reported to be useful for the formation of in vitro NMJ models using mouse motor neuron (MNs) and skeletal muscle (SkM) myotubes, it is unclear how the linearly patterned culture surface increases acetylcholine receptor (AChR) clustering, one of the steps in the process of NMJ formation, and whether this increases the in vitro NMJ formation efficiency of co-cultured human MNs and SkM myotubes. In this study, we investigated the effects of a linearly patterned culture surface on AChR clustering in myotubes and examined the possible mechanism of the increase in AChR clustering using gene expression analysis, as well as the effects of the patterned surface on the efficiency of NMJ formation between co-cultured human SkM myotubes and human iPSC-derived MNs. Our results suggest that better differentiation of myotubes on the patterned surface, compared to the flat surface, induced gene expression of integrin α7 and AChR ε-subunit, thereby increasing AChR clustering. Furthermore, we found that the number of NMJs between human SkM cells and MNs increased upon co-culture on the linearly patterned surface, suggesting the usefulness of the patterned surface for creating in vitro human NMJ models.

    DOI: 10.3390/cells11233760

    Open Access

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    PubMed

  6. 蛍光標識ペプチドアレイを用いたプロテアーゼ切断検出と機械学習を用いた切断部位予測 査読有り

    水谷 嶺太, 森 陽子, 小川 翔大, 田添 佳歩, 秋山 裕和, 清水 一憲, 本多 裕之

    生物工学会誌   100 巻 ( 10 ) 頁: 528 - 540   2022年10月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:公益社団法人 日本生物工学会  

    <p>プロテアーゼの切断点推定方法を確立するため,4残基1990種のペプチド配列をデザインし,末端蛍光ラベルしたライブラリーを合成し,酵素分解を行い,そのデータを使ってRandom Forest(RF)で切断点推定モデルを構築した.1990配列は切断点になるジペプチドをすべて網羅している.RFモデルに利用する変数としてアミノ酸やジペプチドの存在だけでなく,ペプチドの特性を示すため位置変数(Positioning parameter, PP),および包括変数(Global parameter, GP)も考案した全532変数を用いた.プロテアーゼとして,生化学用試薬グレードのトリプシンを使用し,pH 8で切断し切断率をヒストグラムで評価した結果,予想通りアルギニン残基(R),リジン残基(K)を含むペプチド配列は切断しやすいことがわかった.構築したpH 8-RFモデルの推定精度は77 %にとどまった.RFモデルで重要度の高い10変数として,Kの存在と9個のGPが選ばれ,GPの中で,R,Kが特徴的に大きい値をとる等電点に関する4変数と極性に関する変数1個が含まれた.α-lactalbuminの切断点を予測し,実際に酵素分解し切断ペプチドをLC-MS/MSで解析したところ,42種類のペプチドが同定された.RFモデルで予測した19か所のうち14か所が一致した.69Y-70G間や50F-51H間で切断されたペプチド断片が多く,いずれもトリプシンではなく混入するキモトリプシンによる切断が強く示唆された.この部位についても構築したモデルで切断が予測できた.さらに,pH 5でペプチド切断を行い,トリプシンの加水分解に及ぼすpHの影響を調べた.pH 5のモデルの推定精度は残念ながら59 %と低かった.構築したpH 5-RFモデルでは重要度の高い10変数としてpH 8モデルと同じ等電点に関する4個のGPが含まれた.シグナル配列以降は,pH 8での結果とほぼ同数の20か所となった.同様にpH 5でα-lactalbuminをトリプシンにより加水分解し64種の断片を同定した.検出断片が多かった48Tから77Kまでの間で推定予測部位と比較したところ,新規に増加した多くの部位で構築したモデルでも切断が予測できることに加え,pHを変えることで生じる切断特異性の変化をある程度捉えることができた.今回の成果は,1990種のペプチドライブラリーと532変数で構築したRFモデルが,プロテアーゼ切断点推定に効果的であることを明らかにした.</p>

    DOI: 10.34565/seibutsukogaku.100.10_528

    DOI: 10.34565/seibutsukogaku.100.10_528

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    CiNii Research

  7. Screening of anti-atrophic peptides by using photo-cleavable peptide array and 96-well scale contractile human skeletal muscle atrophy models 査読有り

    Yamamoto, K; Ohsumi, S; Nagashima, T; Akiyama, H; Honda, H; Shimizu, K

    BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING   119 巻 ( 8 ) 頁: 2196 - 2205   2022年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biotechnology and Bioengineering  

    Skeletal muscle atrophy is characterized by decreases in protein content, myofiber diameter, and contractile force generation. As muscle atrophy worsens the quality of life, the development of anti-atrophic substances is desirable. In this study, we aimed to demonstrate a screening process for anti-atrophic peptides using photo-cleavable peptide array technology and human contractile atrophic muscle models. We developed a 96-well system and established a screening process with less variability. Dexamethasone-induced human atrophic tissue was constructed in the system. Eight peptides were selected from the literature and used for the screening of peptides for preventing the decrease of the contractile forces of tissues. The peptide QIGFIW, which showed preventive activity, was selected as the seed sequence. As a result of amino acid substitution, we obtained QIGFIQ as a peptide with higher anti-atrophic activity. These results indicate that the combinatorial use of the photo-cleavable peptide array technology and 96-well screening system could comprise a powerful approach to obtaining anti-atrophic peptides, and suggest that the 96-well screening system and atrophic model represent a practical and powerful tool for the development of drugs/functional food ingredients.

    DOI: 10.1002/bit.28125

    Web of Science

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    PubMed

    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/bit.28125

  8. Embryoid Body-Explant Outgrowth Cultivation from Induced Pluripotent Stem Cells in an Automated Closed Platform 査読有り

    Hiroshi Tone, Saeko Yoshioka, Hirokazu Akiyama, Akira Nishimura, Masaki Ichimura, Masaru Nakatani, Tohru Kiyono, Masashi Toyoda, Masatoshi Watanabe, Akihiro Umezawa

    BioMed Research International   2016 巻   頁: 7098987   2016年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1155/2016/7098987

    DOI: 10.1155/2016/7098987

  9. Comparison of manual and automated cultures of bone marrow stromal cells for bone tissue engineering 査読有り

    Hirokazu Akiyama, Asako Kobayashi, Masaki Ichimura, Hiroshi Tone, Masaru Nakatani, Minoru Inoue, Arinobu Tojo, Hideaki Kagami

    Journal of Bioscience and Bioengineering   120 巻 ( 5 ) 頁: 570 - 576   2015年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.03.011

    DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.03.011

  10. Effects of B-cell lymphoma 2 gene transfer to myoblast cells on skeletal muscle tissue formation using magnetic force-based tissue engineering 査読有り

    Masanori Sato, Akira Ito, Hirokazu Akiyama, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Tissue Engineering Part A   19 巻 ( 1-2 ) 頁: 307 - 315   2013年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1089/ten.TEA.2011.0728

    DOI: 10.1089/ten.TEA.2011.0728

  11. Construction of cardiac tissue rings using a magnetic tissue fabrication technique 査読有り

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Masanori Sato, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    International Journal of Molecular Sciences   11 巻 ( 8 ) 頁: 2910 - 2920   2010年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3390/ijms11082910

    DOI: 10.3390/ijms11082910

  12. Cell-patterning using poly (ethylene glycol)-modified magnetite nanoparticles 査読有り

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Masanori Sato, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Journal of Biomedical Materials Research Part A   92 巻 ( 3 ) 頁: 1123 - 1130   2010年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1002/jbm.a.32313

    DOI: 10.1002/jbm.a.32313

  13. Genetically engineered angiogenic cell sheets using magnetic force-based gene delivery and tissue fabrication techniques 査読有り

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Biomaterials   31 巻 ( 6 ) 頁: 1251 - 1259   2010年2月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.11.017

    DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.11.017

  14. Fabrication of angiogenic gene-modified myoblast cell sheets using magnetic tissue engineering techniques.

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science   2 巻   頁: 806 - 810   2010年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  15. Magnetic cell-patterning for tissue engineering

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Animal Cell Technology: Basic & Applied Aspects (Proceedings of JAACT2008)   16 巻   頁: 165 - 170   2010年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    DOI: 10.1007/978-90-481-3892-0_27

  16. Fabrication of complex three-dimensional tissue architectures using a magnetic force-based cell patterning technique 査読有り

    Hirokazu Akiyama, Akira Ito, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Biomedical Microdevices   11 巻 ( 4 ) 頁: 713 - 721   2009年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1007/s10544-009-9284-x

    DOI: 10.1007/s10544-009-9284-x

  17. Magnetic force-based cell patterning using Arg-Gly-Asp (RGD) peptide-conjugated magnetite cationic liposomes 査読有り

    Akira Ito, Hirokazu Akiyama, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira

    Journal of Bioscience and Bioengineering   104 巻 ( 4 ) 頁: 288 - 293   2007年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1263/jbb.104.288

    DOI: 10.1263/jbb.104.288

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書籍等出版物 2

  1. 三次元ティッシュエンジニア リング~細胞の培養・操作・組織化から品質管理、脱細胞化まで~・間葉系幹細胞向け自動培養装置(4章2節)

    刀禰宏、秋山裕和( 担当: 共著)

    エヌ・ティー・エス  2015年 

  2. ≪最 新≫動物細胞培養の手法と細胞死・増殖不良・細胞変異を防止する技術・閉鎖型自動培養装置による間葉系幹細胞の培養(2章4節12項)

    秋山裕和、櫻井裕士( 担当: 共著)

    技術情報協会  2014年 

共同研究・競争的資金等の研究課題 8

  1. 創薬応用を目指したiPS細胞由来心臓オルガノイドの創出

    2025年4月 - 2026年3月

    公益財団法人 市原国際奨学財団  2025年度研究助成 

    秋山 裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:500000円

  2. 心臓壁様オルガノイドの創出と創薬応用に関する研究

    2023年8月 - 2024年7月

    公益財団法人 立松財団  第32回 一般研究助成 

    秋山 裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:1500000円

  3. 多能性幹細胞の共分化誘導に基づく細胞機能最大化培養プロセスの開発

    2023年5月 - 2024年4月

    一般財団法人 東海産業技術振興財団  第35回 助成研究(研究育成型) 

    秋山裕和

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    資金種別:競争的資金

    配分額:900000円

  4. 再生医療応用を目指したiPS細胞の共分化誘導プロセスの開発

    2023年4月 - 2024年3月

    一般財団法人伊藤忠兵衛基金  2023年(令和5年)度 学術研究助成金 

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:500000円

  5. 次世代再生医療に向けたiPS細胞由来心筋・心外膜細胞の共誘導プロセスの開発

    2022年12月 - 2023年11月

    公益財団法人 中部科学技術センター  学術・みらい助成「中部科学技術センター 学術奨励研究助成」 

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:300000円

  6. 多能性幹細胞からの心筋組織構成細胞群同時創出プロセスの開発

    2022年5月 - 2023年4月

    公益財団法人 内藤科学技術振興財団  内藤科学技術研究助成金 

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:1000000円

  7. 臍帯血造血幹細胞の培養プロセスの開発

    2016年5月 - 2018年4月

    カネカ 技術振興基金(海外留学) 

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:その他

    配分額:4000000円

  8. Fabrication of angiogenic gene-modified myoblast cell sheets using magnetic tissue engineering techniques

    2010年10月

    公益財団法人 加藤記念バイオサイエンス振興財団  加藤記念国際交流助成 

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:200000円

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科研費 5

  1. マイクロデバイスを用いた微小環境精密制御による筋オルガノイド機能発現と病態解析

    研究課題/研究課題番号:23K17474  2023年6月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    清水 一憲, 秋山 裕和

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    担当区分:研究分担者 

    オルガノイド(幹細胞を用いて作製した生体器官に類似した培養立体組織)は、平面培養細胞や動物実験に代わる技術として、病気の研究や薬の開発に利用することが期待されています。本研究では、マイクロデバイス技術を活用してオルガノイド機能発現を誘導し、それを用いて疾患解析を行うことを目的としています。

  2. 次世代再生医療に向けた多能性幹細胞の共分化誘導培養プロセス開発に関する基盤研究

    2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究 (C)

    秋山裕和, 清水一憲

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

  3. 可食性タンパク質由来の非劣性中長鎖生理活性ペプチドの効率的探索法の確立

    研究課題/研究課題番号:22H00273  2022年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    本多 裕之, 秋山 裕和, 清水 一憲, 秋山 裕和, 清水 一憲

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    担当区分:研究分担者  資金種別:競争的資金

    中長鎖の生理活性ペプチドの残基置換で最優性ペプチドを探索するとともに、劣性に陥らない程度に活性を保持する非劣性ペプチドを、可食性タンパク質中から効率よく探索する手法の確立を目指す。まず、実験計画法に基づき、置換残基の2因子間交互作用を評価し、多残基置換体の活性を予測する機械学習モデルを構築する。最優性生理活性ペプチドを探索したのち、非劣性残基置換ペプチドを可食性ペプチドDBから複数探索する。非劣性残基置換ペプチドを合成し、多種類の非劣性ペプチドが同時に濃縮できる条件を検証する。この研究を通して、優性ペプチドと非劣性ペプチドを組み合わせた生理活性ペプチド群の製造方法の確立を目指す。
    中長鎖の生理活性ペプチドの残基置換で最優性ペプチドを探索するとともに、劣性に陥らない程度に活性を保持する非劣性ペプチドを、可食性タンパク質中から効率よく探索する手法の確立を目指す。このため、次の3つの独創的な方法で解決を図る。<課題1、探索>すでに優性ペプチドを得ている生理活性ペプチドを取り上げ、非劣性残基置換ペプチドを探索する。主効果(任意の位置のアミノ酸残基の効果)と2因子交互作用を含む活性予測モデル構築を試みる。このモデルで種々の配列のペプチドを評価し、非劣性ペプチドを探索する。<課題2、分解予測>蛍光ラベルペプチドアレイを用いた産業用酵素切断点予測モデルを構築する。実際の可食性タンパク質と産業用酵素を用いた分解予測も試みる。<課題3、濃縮精製>独自開発吸着剤を用いて性質類似の非劣性ペプチド群の効率的濃縮法を確立する。候補ペプチド混合物で分離挙動を調べ、実際のペプチド混合物で濃縮効果を検証する。初年度である本年度は、特に課題1、および課題2の一部について研究した。課題1(探索)に関して、生理活性が異なるペプチドの活性データと機械学習によるモデリングで交互作用も含めた重回帰分析を行った。その結果、正電荷と疎水度が重要で、水素結合の形成が想起される二次構造形成能についても重要であることがわかった。課題2(分解予測)に関しては、末端を蛍光ラベルしたペプチドアレイを用い、トリプシンで加水分解を行い、Random Forest(RF)を用いて切断点推定モデルを構築した。良好な切断点予測モデルが構築できた。さらに、乳タンパク質に対してトリプシンでの加水分解を行い、分解物の質量分析を行って切断点を決定し、モデルからの切断推定点と一致することも確認した。また、トリプシンだけでなくペプシンによる加水分解も行って、切断点の解析を行った。
    生理活性ペプチドの探索では、活性が最も高い最優良ペプチドの発見を目指す研究が行われる。しかし、実用的には劣性ではないペプチドの混合物として製造できる方法論の確立こそが重要である。本研究では、劣性に陥らない程度に活性を保持する非劣性ペプチドを、可食性タンパク質中から効率よく探索する手法の確立を目指す。このため、課題1「探索」、課題2「分解予測」、および課題3「濃縮精製」の3課題に分け、本年度は主に課題1及び2に関して研究した。
    課題1に関して、コレステロール吸収抑制作用を持つ胆汁酸結合ペプチドに注目し、活性データと機械学習によるモデリングで交互作用も含めた重回帰分析を行った。等電点、極性、疎水度、分子量の4つのアミノ酸指標を説明変数として、全23指標で解析した。その結果、胆汁酸結合ペプチドには正電荷と疎水度が重要で、水素結合の形成も想起される二次構造形成能についても重要であることがわかった。別の生理活性ペプチドとして、リパーゼ阻害ペプチドやアンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害ペプチドに関しても優性ペプチドの探索を進め、それぞれ大豆タンパク質、大麦タンパク質由来の生理活性ペプチドの探索に成功した。課題2に関して、約2,000種のペプチド配列をデザインし、N末端を蛍光ラベルしたライブラリーを合成し、トリプシンでの加水分解を実施した。そのデータを使って、アミノ酸残基の物理化学的パラメータで構成した532個の説明変数を使い、Random Forest(RF)を用いて切断点推定モデルを構築した。その結果、良好な推定精度が得られ、乳タンパク質のトリプシン加水分解物の切断点が、モデルからの切断推定点と一致した。さらにトリプシンだけでなくペプシンによる加水分解も行って、切断点の解析を行い、LC-MS/MS分析の結果、タンパク質ごとに分解されにくい部位があることが判明した。
    引き続き主に課題1、および課題2について研究を行い、課題3に関しても予備検討を開始する。課題1(探索)に関しては、コレステロール吸収抑制ペプチドだけでなく、初年度に探索を始めたリパーゼ阻害ペプチドやアンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害ペプチドに関しても優性ペプチドの探索を進め、同時に課題3に関する濃縮も試みる。課題2(分解予測)に関しては、可食性タンパク質のペプシン加水分解物の質量分析を行い、目的ペプチド製造のために最適な酵素反応条件の検討を試みる。LC-MS/MSの結果、タンパク質ごとに検出されやすい部位があることが判明したので、その部位予測に関しても検討する。

  4. メカニカルストレス制御による革新的オルガノイド形成プロセスの理解深化と応用展開

    研究課題/研究課題番号:21K19899  2021年7月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    清水 一憲, 秋山 裕和

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    担当区分:研究分担者 

    我々は最近、マイクロデバイスを用いてヒトiPS細胞由来神経筋オルガノイド形成を制御できる可能性を見出した。本研究では、この発見に関する研究をさらに進め、メカニカルストレス制御によるオルガノイド形成プロセスの理解を深めるとともに、革新的な非臨床試験技術の開発を目指した応用展開に挑戦する。1.メカニカルストレスが神経筋オルガノイド形成に与える影響を明らかにする。2.デバイス上に構築した神経筋オルガノイドの特性を明らかにする。3.メカニカルストレスを用いて神経筋以外のオルガノイドの形成を制御できるかどうかを明らかにする。
    本研究では、マイクロデバイスを用いたヒトiPS細胞由来神経筋オルガノイド形成を制御し、そのプロセスの理解を深めることで、革新的な非臨床試験技術の開発へと応用展開することを目指した。その結果、細胞密度を高める、ウェルサイズを小さくする、ROCK阻害剤添加することで筋組織の収縮力が大きくなることを見出した。また神経筋オルガノイド内に神経筋接合部が存在し、シュワン細胞等が含まれることが示唆された。堅牢な試験法への展開を目指し、さらなる神経筋接合部の形成効率の向上を試みたが顕著な増加は観察されなかった。今後は筋細胞の成熟をさらに高めることで神経筋接合部の形成を増加させることができる可能性がある。
    本研究の成果は、骨格筋細胞や運動神経細胞、神経筋接合部に関連する疾患の解析やその治療法の開発に有用であると期待される。今後さらにオルガノイド内の骨格筋細胞の成熟度を向上させることで、堅牢な非臨床試験法となると期待される。

  5. 磁性ナノ粒子を用いた血管配置及び誘導による骨格筋組織再生

    研究課題/研究課題番号:09J02784  2009年4月 - 2011年3月

    日本学術振興会  科学研究費補助金  特別研究員奨励費(DC2)

    秋山裕和

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:1400000円

 

担当経験のある科目 (本学) 12

  1. 化学生命工学実験3

    2024

  2. 化学生命工学実験2

    2024

  3. 卒業研究

    2024

  4. 卒業研究

    2023

  5. 化学生命工学実験3

    2023

  6. 化学生命工学実験2

    2023

  7. 化学生命工学実験3

    2022

  8. 卒業研究

    2022

  9. 化学生命工学実験2

    2022

  10. 化学生命工学実験3

    2021

  11. 化学生命工学実験2

    2021

  12. 卒業研究

    2021

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学術貢献活動 3

  1. 化学工学会第55回秋季大会 シンポジウムオーガナイザー

    役割:パネル司会・セッションチェア等

    2024年9月

  2. 第36回日本動物細胞工学会2023年度国際大会(JAACT2023)大会実行委員

    役割:企画立案・運営等

    2023年11月 - 2023年12月

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    種別:学会・研究会等 

  3. 第75回日本生物工学会大会 大会実行委員

    役割:企画立案・運営等

    2023年9月

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    種別:学会・研究会等