Sampetrean, Oltea

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Affiliation

Research Centers and Institutes, Human Biology-Microbiome-Quantum Research Center （Mita）

Position

Project Professor (Non-tenured)

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Life Science / Cell biology

  • Life Science / Neurosurgery

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Research Keywords 【 Display / hide 】

  • Malignant glioma

  • cancer

  • brain tumors

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Research Themes 【 Display / hide 】

  • 悪性脳腫瘍幹細胞の特性の解明, 

    2009.04
    -
    Present

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Papers 【 Display / hide 】

  • What can metabolites tell us about gliomas?

    Sampetrean O, Saya H

    Neuro-oncology  2022.05

    ISSN  1522-8517

  • Spatial Heterogeneity of Invading Glioblastoma Cells Regulated by Paracrine Factors.

    Chonan Y, Yamashita T, Sampetrean O, Saya H, Sudo R

    Tissue engineering. Part A  2022.01

    ISSN  1937-3341

  • Elevated cellular PpIX potentiates sonodynamic therapy in a mouse glioma stem cell-bearing glioma model by downregulating the Akt/NF-κB/MDR1 pathway

    Shono K., Mizobuchi Y., Yamaguchi I., Nakajima K., Fujiwara Y., Fujihara T., Kitazato K., Matsuzaki K., Uto Y., Sampetrean O., Saya H., Takagi Y.

    Scientific Reports （Scientific Reports)  11 （ 1 ）  2021.12

    　View Summary

    Glioblastoma (GBM) has high mortality rates because of extreme therapeutic resistance. During surgical resection for GBM, 5-aminolevulinic acid (5-ALA)-induced protoporphyrin IX (PpIX) fluorescence is conventionally applied to distinguish GBM. However, surgical intervention is insufficient for high invasive GBM. Sonodynamic therapy (SDT) combined with low-intensity ultrasonication (US) and PpIX, as a sonosensitizer, is an emerging and promising approach, although its efficacy is limited. Based on our previous study that down-regulation of multidrug resistant protein (MDR1) in GBM augmented the anti-tumor effects of chemotherapy, we hypothesized that elevation of cellular PpIX levels by down-regulation of MDR1 enhances anti-tumor effects by SDT. In high invasive progeny cells from mouse glioma stem cells (GSCs) and a GSC-bearing mouse glioma model, we assessed the anti-tumor effects of SDT with a COX-2 inhibitor, celecoxib. Down-regulation of MDR1 by celecoxib increased cellular PpIX levels, as well as valspodar, an MDR1 inhibitor, and augmented anti-tumor effects of SDT. MDR1 down-regulation via the Akt/NF-κB pathway by celecoxib was confirmed, using an NF-κB inhibitor, CAPÉ. Thus, elevation of cellar PpIX by down-regulation of MDR1 via the Akt/NF-κB pathway may be crucial to potentiate the efficacy of SDT in a site-directed manner and provide a promising new therapeutic strategy for GBM.

  • MEK inhibition preferentially suppresses anchorage-independent growth in osteosarcoma cells and decreases tumors in vivo

    Shimizu T., Kimura K., Sugihara E., Yamaguchi-Iwai S., Nobusue H., Sampetrean O., Otsuki Y., Fukuchi Y., Saitoh K., Kato K., Soga T., Muto A., Saya H.

    Journal of Orthopaedic Research （Journal of Orthopaedic Research)  39 （ 12 ） 2732 - 2743 2021.12

    ISSN  07360266

    　View Summary

    Osteosarcoma is the most common high-grade malignancy of bone, and novel therapeutic options are urgently required. Previously, we developed mouse osteosarcoma AXT cells that can proliferate both under adherent and nonadherent conditions. Based on metabolite levels, nonadherent conditions were more similar to the in vivo environment than adherent conditions. A drug screen identified MEK inhibitors, including trametinib, that preferentially decreased the viability of nonadherent AXT cells. Trametinib inhibited the cell cycle and induced apoptosis in AXT cells, and both effects were stronger under nonadherent conditions. Trametinib also potently decreased viability in U2OS cells, but its effects were less prominent in MG63 or Saos2 cells. By contrast, MG63 and Saos2 cells were more sensitive to PI3K inhibition than AXT or U2OS cells. Notably, the combination of MAPK/ERK kinase (MEK) and PI3K inhibition synergistically decreased viability in U2OS and AXT cells, but this effect was less pronounced in MG63 or Saos2 cells. Therefore, signal dependence for cell survival and crosstalk between MEK–ERK and PI3K–AKT pathways in osteosarcoma are cell context-dependent. The activation status of other kinases including CREB varied in a cell context-dependent manner, which might determine the response to MEK inhibition. A single dose of trametinib was sufficient to decrease the size of the primary tumor and circulating tumor cells in vivo. Moreover, combined administration of trametinib and rapamycin or conventional anticancer drugs further increased antitumor activity. Thus, given optimal biomarkers for predicting its effects, trametinib holds therapeutic potential for the treatment of osteosarcoma.

  • Lactate reprograms energy and lipid metabolism in glucose-deprived oxidative glioma stem cells

    Minami N., Tanaka K., Sasayama T., Kohmura E., Saya H., Sampetrean O.

    Metabolites （Metabolites)  11 （ 5 ）  2021.05

    　View Summary

    Fast-growing tumors satisfy their bioenergetic needs by supplementing glucose with alternative carbon sources. Cancer stem cells are the most versatile and robust cells within malignant tumors. They avoid potentially lethal metabolic and other types of stress through flexible reprogramming of relevant pathways, but it has remained unclear whether alternative carbon sources are important for the maintenance of their tumor-propagating ability. Here we assessed the ability of glycolytic and oxidative murine glioma stem cells (GSCs) to grow in an ultralow glucose medium. Sphere formation assays revealed that exogenous lactate and acetate reversed the growth impair-ment of oxidative GSCs in such medium. Extracellular flux analysis showed that lactate supported oxygen consumption in these cells, whereas metabolomics analysis revealed that it increased the intracellular levels of tricarboxylic acid cycle intermediates, ATP, and GTP as well as increased adenylate and guanylate charge. Lactate also reversed the depletion of choline apparent in the glucose-deprived cells as well as reprogrammed phospholipid and fatty acid biosynthesis. This metabolic reprogramming was associated with a more aggressive phenotype of intracranial tumors formed by lactate-treated GSCs. Our results thus suggest that lactate is an important alternative energetic and biosynthetic substrate for oxidative GSCs, and that it sustains their growth under conditions of glucose deprivation.

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • 脳腫瘍幹細胞の表現型可塑性及びフェノタイプ・スイッチの実態解明と克服方法の確立

    2022.04
    -
    2025.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

  • グリオーマ幹細胞が形成するニッチの成立機構解明と阻害方法の確立

    2019.04
    -
    2022.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Principal investigator

    　View Summary

    幹細胞は「ニッチ」と呼ばれる特殊な微小環境の中に存在し、ニッチによって守られている。悪性腫瘍において、ニッチは癌幹細胞の性質維持に不可欠であることから、その機能阻害は癌幹細胞を根絶させる方法として注目されている。
    <BR>
    膠芽腫では血管や低酸素領域がグリオーマ幹細胞にとってニッチになりうることが報告された。しかし、ニッチの実態が充分に解明されておらず、有効な阻害方法も確立されていない。
    <BR>
    本研究ではグリオーマ幹細胞が構築するニッチの成立条件、性質及び構成成分を明らかにする。さらに、その自律性ニッチの制御因子を同定し、血管性ニッチ、低酸素性ニッチの阻害と合わせたグリオーマ幹細胞ニッチ阻害療法の確立を目指す。
    幹細胞はニッチと呼ばれる特殊な微小環境の中に存在する。ニッチは癌幹細胞の性質維持に不可欠であることから、その機能阻害は癌幹細胞を根絶させる方法として注目されている。治療後半年以内に致死的な再発を引き起こす膠芽腫において、血管や低酸素領域がグリオーマ幹細胞（Glioma stem cell, GSC）にとってニッチになりうることが報告された。しかし、ニッチの実態が充分に解明されておらず、有効な阻害方法も確立されていない。本研究ではGSCニッチ阻害療法の確立を最終目標とし、GSCが構築する自律性ニッチ（GSC autonomous niche, GAuN）の成立条件、性質及び構成成分を明らかにし、さらに、その制御因子を同定することを目指している。
    令和２年度では主に3つの解析を行った：
    1.GAuNの制御因子解析：自立性の高いGSCからスフェアを形成させ、外的ニッチ因子を添加せず、GAuNのみが成立している条件で３D培養を行った。GAuN中のGSCに対し酸化的リン酸化阻害剤を投与した結果、一部の阻害剤が活性酸素及び脂質酸化を上昇させることでGAuNの破綻を誘導することを見出した。この結果より、前年度同定したGAuNの制御因子の中で、REDOX関連因子がGAuNのキーレギュレーターであることを明らかにした。
    2.GAuNの可視化：GAuNが破綻する過程を動画として記録することに成功した。さらに、GAuNが破綻するスフェアの画像解析で細胞死の定量化を行い、薬剤によるGAuN破綻誘導の有無の判定に成功した。
    3.GAuNの阻害方法確立：すでに樹立している自律性の高いマウスGSC及び低分子化合物ライブラリーを用いてGAuN破綻を誘導する薬剤の探索を施行した。その結果、1320種類の低分子化合物より10μMでニッチ破綻を引き起こす14化合物を同定した。
    本年度は主にGAuNの制御因子候補について遺伝子操作、ゲノム編集を行い、治療候補因子の絞り込みを続ける予定であった。しかし、GAuN破綻の可視化、定量化に成功したことにより薬剤スクリーニングに進むことができ、GAuN阻害方法の検討が大きく前進した。In vitroでニッチ破綻を引き起こす薬剤が培養脳切片においても同様の効果を示すことも確認し、in vivoでの抗腫瘍効果の検討の準備を整えた。
    令和３年度ではGAuN標的因子の同定及びGSCの阻害方法の確立を目指す。具体的には以下の解析を実施する。
    GAuN標的因子の絞り込み及び機能解析：
    令和２年度で同定した候補薬剤についてより低い濃度での２次スクリーニングを行い、有効性の高い薬剤の絞り込みを行う。同定した薬剤の阻害標的が解明されている場合、その因子の発現・機能抑制を誘導し、proof of concept取得を目指す。具体的にはa) in vitroのGSC自己複製能阻害効果、b) ex vivo, in vivoのGSC腫瘍形成能への効果を検証する。
    GSCの阻害方法の確立：
    前項目の解析より浮かび上がったGAuN阻害剤に対し、ex vivoでの投与を行い、薬剤に対する耐え性の出現有無、併用療法の必要性について判断する。具体的には血管性ニッチを阻害する血管新生抑制剤及び低酸素領域ニッチを縮小させる酸化的リン酸化阻害剤などを使用し、併用効果を検討し、GSCニッチ阻害療法のプロトコールを確立する。確立したプロトコールについてin vivoで投与実験を行い、その抗腫瘍効果、延命効果を検証する。

  • Novel and Interdisciplinary Application of Hard X-ray and Gamma-ray Detectors

    2018.06
    -
    2023.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), No Setting

    　View Summary

    1)可搬型の冷却チャンバーを開発し、2mm厚のCdTe両面ストリップ検出器を格納したシステムを完成させた。B01班と共同で、実際にJ-PARCにおける負ミュオンビームによる隕石の非破壊元素分析(C,Mg,Siなどの軽元素の定量化)に向けた予備実験に供与した。医学研究においては、様々なin vivoイメージング実験を通じて、薬物動態の可視化に向けた課題の識別を行なった。Tc-99mなど高いエネルギーのガンマ線に対する感度向上、 コリメータの広視野化などが抽出され、それぞれ実際に改良型の研究を進めた。3D金属プリンタを用いて製作したタングステン製の平行孔コリメータを用いたAt-211のためのイメージャを整備し臨床応用に向けたコリメータの視野、サイズについて要求条件をまとめた。トモグラフィを行うため、並行コリメータやコンプトンカメラなどの光学系に対して画像解析ソフトウェアを整備した。医学、宇宙観測、素粒子実験等への応用をはかるために60μmピッチのCdTe両面ストリップ検出器やTimePix3を用いたSiおよびCdTeピクセル検出器の研究を進めた。可搬型装置の実現のため、高速で小型のデータ収集装置の開発を行った。機械学習を用いた画像解析、特に検出器でのクラスタリングの研究を進めた。2)益子によりがん細胞表面のCAT1に選択的結合性を有する抗体の研究により、抗CAT1抗体の添加により、細胞表面のCAT1が細胞に内在化することが示された。3) in vivo 3Dイメージングの検討のため、臓器や血管などの形状や密度分布を模したマウスや人体の数学モデルを用いたシミュレーションで設計検証を行うためのセットアップを完成させた。マウスのデジタルファントムとGeant4をつなげたシミュレーション手順を開発し、CdTe3Dイメージング装置（CdTeガントリー）の組み込みが完了した。
    我々の技術は、医学・ライフサイエンス領域においても技術革新を呼び起こすブレークスルーとなりうるという確かな手応えが得られている。特に、我々が高い技術を持つ高いエネルギー分解能を有するCdTe半導体検出器を用いたイメージャは、従来の核医学ガンマカメラに比べて空間分解能、エネルギー分解能ともはるかに優れたものであり、既存技術では不可能だった核医学イメージングによる高空間分解能かつ、複数の核種からの異なるエネルギーの光子の同時描出を可能にしうることを明らかにできた。これをもとに医学・薬学の国内外の研究者との共同研究を進めることができている。医学コミュニティばかりではなく、原子核・素粒子実験、原子物理から惑星科学（サンプルリターン）におよぶ広いコミュニティに我々の有する技術が展開されるようになった。また、これらの宇宙科学の近接分野の研究者との様々な共同研究を通じて新たな知見が、さらなる検出器技術、あるいは解析技術の質的向上につながる循環が実現した。
    本研究は宇宙観測のために開発されてきた硬X線・ガンマ線検出器を進化させることで、医学研究の場において、これまでにない精度での生体内３Dイメージングを実現、「検知力」の格段な向上を提供し、これまでに困難であった課題に対する医学研究を可能とするものでことをめざす。そのために、医学研究からの要求を把握すること、さらに、共に実験を行い、物理研究者の観点で課題を見出すことが重要であり、医学研究者や薬学研究者との連携を深めることが必要である。共同研究契約により国立がん研究センター（千葉県柏市）に設置することができた本グループ開発のイメージング装置を用い、微小がんの発見や転移の早期発見をめざした微少リンパ節転移イメージングなど、担がんマウスを用いた医学実験を進める。また、低酸素領域やがん幹細胞に代表されるような微小環境の複雑性を研究するためのプローブの検討、さらにそれを目的の部位に到達させるためのDDS（Drug Delivery System)に関する研究、がん細胞において抵抗性をもたらしているとされるxCTに接合する抗体や低分子によるプローブの研究を進める。アルファ線放出核種を用い、診断と治療の同時実施を可能にするための研究において、薬物動態の可視化をはかる。成果を核医学や分子イメージング、あるいは癌学会など、数物領域以外のコミュニティにて発表する。医学研究と並行して、画像解析ソフトウェアの高速化・機械学習の導入、キャリブレーションの高精度化、シミュレーションの整備などのソフトウェア開発、さらに、より広視野をもつコリメータの開発、高い検出効率を持つCdTe半導体イメージャ、高いフラックスでのイメージングが可能なCdTeセンサーなど、検出器開発を進める。可搬性、小型化を強く意識した装置開発をイメージングセンサーやデータ収集装置について進めており、今後もその努力を続ける。

  • Characterization and targeting strategies for the glioma stem cell niche

    2016.04
    -
    2019.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, SAMPETREAN OLTEA, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Principal investigator

    　View Summary

    Eradication of glioma stem cells (GSC) is a critical task in the treatment of glioblastoma. Inhibition of the GSC niche results in loss of self-renewal of the stem cell pool and is therefore considered a promising new treatment. For GCSs, the existence of perivascular and hypoxic niches has been reported. However, their characteristics and the conditions of their formation is still not sufficiently understood. In this study, we performed live imaging of the GSC niche and succeeded in visualizing both niches and their interaction with the GSCs. We found that the two niches can co-exist within the same tumor, but their evolution throughout the tumor formation process is variable. Interestingly, we also found a subpopulation of GSCs that does not associate with either blood vessels or hypoxic regions. These GSCs secrete factors which can alter the microenvironment and create their own niche. Further investigations of such niches will be necessary to establish anti-niche therapies.

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