【研究分野】生体情報内科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】20K20306 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胎児循環 / 低酸素 / アミノ酸 / 心筋細胞 / 細胞分裂 / 心筋肥大 / 不整脈 / 胎盤 / 細胞周期 / 心筋分裂 / 細胞分化 / 有袋類 / 分裂能 / 胎児ヘモグロビン / コネクチン / Novex-3 / 酸素環境 / 再生医療 / 栄養シグナル / 心筋細胞分裂制御 / 酸素分圧

【研究成果の概要】

生体は多彩な細胞で構成されるが、元は１個の受精卵であり細胞分裂を繰り返して各々の機能を獲得していく。その仕組みにおいて遺伝子など分子ネットワークが重要な役割を果たしているが、本研究では胎児循環を酸素やアミノ酸に対する独自の輸送特性によって胎児生体機能を制御する情報システムとして捉え、心筋細胞の分裂・分化に焦点を当て解析した胎児循環では酸素濃度が低く、出生に伴い高濃度酸素に曝露されるが、その環境変化を情報として利用している仕組みを解明した。主要因子としてFam64aを同定し、胎生期に細胞分裂を活発に行う心筋細胞が出生後分裂能を失うメカニズムやその応用として心筋障害時の機能回復に関して検討した。

【研究の社会的意義】

再生医療の実現を目指してiPS細胞など多能性を持つ細胞から様々な細胞への分化誘導の研究が精力的に進められている。出生直後に分裂能を失い心筋梗塞などの疾病後にも増殖しない心筋細胞は再生医療のニーズの高い有望なターゲットとして注目され、より高い分化・純度を求めて多くの誘導因子が報告されている。本研究では成体内での発達過程における環境として酸素およびアミノ酸濃度に着目して心筋細胞の分裂能制御メカニズムの解明に取り組んだ。出生に伴う酸素濃度変化による心筋細胞の分裂能喪失の分子メカニズムに迫ると共に、短時間の高濃度酸素曝露でも分裂能が低下することが明らかになり、効率的組織培養への知見を得ることが出来た。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-04-01 - 2022-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究領域課題番号】20K21608 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CART細胞療法 / 未分化細胞除去法 / iPS細胞 / 心筋細胞移植 / CAR-T細胞療法 / 奇形種形成抑制 / 奇形腫形成抑制 / ヒト多能性幹細胞 / 再生医療 / CAR-T細胞 / 腫瘍化 / 心筋細胞

【研究成果の概要】

GPC3に対するモノクロ抗体の作製、遺伝子改変によるキメラ抗原受容体（CAR）の作製、GPC3に対するCAR-Tの作製を終了し、GPC3発現細胞に対する強い細胞傷害作用も確認した。iPS細胞からの分化細胞には作用せず、残存iPS細胞のみに作用することを確認し、マウスの動物実験においてCAR-T細胞投与により、iPS細胞を皮下移植して際に奇形腫形成が抑制されること、また心臓に移植した心筋細胞に傷害を認めることなく、奇形腫の形成抑制効果も確認した。

【研究の社会的意義】

申請者らはこれまでに、ヒトiPS細胞に特異的に発現し、分化心筋細胞には発現していない細胞膜表面抗原としてGPC3を同定し、これを標的抗原とするGPC3特異的細胞傷害性T細胞 (CTL) 療法を開発してきた(BBRC 2019)。また、ヒトiPS細胞由来の奇形腫においてGPC3が高発現していることを初めて見出し、GPC3を標的としたCAR-T細胞療法の免疫学的アプローチにより再生医療における全ての領域で応用可能な非侵襲的腫瘍除去法の確立を可能とした。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2020-07-30 - 2022-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】19K22626 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒトiPS細胞 / 心筋細胞 / サル / 催不整脈作用 / 再生医療 / 移植 / カニクイザル

【研究成果の概要】

ヒトiPS細胞は心筋細胞を含むさまざまな細胞へ分化することができるため、再生医療への応用が期待されているが、心臓再生医療を実現化するためには、移植後の催不整脈作用という課題を克服しなければならない。そこで、申請者は臨床用のHLAホモ接合体ヒトiPS細胞から臨床グレードの培養システムにより高純度心室筋細胞を作製した。その後、微小組織球を作製した後、カニクイザル心筋梗塞モデルに免疫抑制剤投与下で移植し、催不整脈作用および心機能を評価した。その結果、長期生着を維持しながら、心機能は有意に改善し、心室頻拍のリスクは極めて低いことが示され、高純度心室筋細胞が極めて安全性の高い細胞であることがわかった。

【研究の社会的意義】

本研究において、臨床用iPS細胞を用いて臨床グレードの純化心筋細胞および微小心筋組織球を大量に作製し、カニクイザルに移植を行い、長期生着を達成しながら、心機能の改善および催不整脈作用の評価ができたことは非常に大きな意義があると考えられる。また、我々のシステムで作製したヒトiPS細胞由来心筋組織球を移植した際には催不整脈作用が既存の報告に比べて極めて少ないことも特筆すべきである。今後は、どのような特性を持つ心筋細胞を移植した場合に催不整脈作用を有するのかに関しても解明していく必要があると考えている。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2021-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究領域課題番号】18K08582 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脱細胞化骨格 / 組織工学 / 弁膜症 / 虚血性心疾患 / 重症心不全 / 脱細胞化組織 / 僧帽弁 / 冠動脈 / 心筋組織 / 血管内皮細胞 / 脱細胞化組織工学 / 心臓 / 心筋細胞 / 再生医療 / 脱細胞 / 心移植

【研究成果の概要】

本研究は、組織脱細胞化技術にて作成される心臓組織Scaffold内での、再細胞化に関する手法、再細胞化された組織の有用性を検討する研究である。生体内での再細胞化の手法として、1心筋部分移植、2僧帽弁複合体移植、3冠動脈バイパス用小口径グラフト開発を行った。移植された脱細胞化心筋組織は組織学的に心筋細胞の遊走、血管内皮細胞、血流の再開、繊維芽細胞浸潤を認め、in vivoでの再細胞化を確認した。また弁移植、血管移植に関しては、生理的な弁機能、血管機能も果たした。いずれの実験でも、脱細胞化組織は、生体適合性が良好であり、心筋組織再生に有用な細胞足場骨格である可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

本研究は、心臓再生医療における脱細胞化骨格の有用性に関する研究である。近年高齢化に伴い、重症心不全、弁膜症、虚血性心疾患の増加が認められている。いずれも薬物治療が困難な症例は、外科的治療が必要となる。その際、補助人工心臓、人工弁、バイパスグラフトなど他家または異所性臓器の移植、置換を要するが、生体適合性が低いことが大きな問題であり、臨床的課題となっている。今回、臓器脱細胞化技術を用いて、心臓組織が作成され、生体適合性が高い組織による再生医療の有用性が示された。外科的心臓再生医療おける新たな可能性を示すことが出来た研究である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】17H05067 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒトiPS細胞 / 代謝 / 心筋細胞 / 移植 / 創薬 / 幹細胞生物学 / 再生医療 / iPS細胞 / 再生医学 / 細胞移植

【研究成果の概要】

本研究の目的は、代謝制御によるタイプ別心筋作製法を確立し、細胞移植治療や創薬へ応用することである。本研究では、（１）培養液の組成を工夫することにより、ヒトiPS細胞における増殖を促進する条件を見出すことに成功した。また、（２）ヒトiPS細胞由来のタイプ別心筋細胞の高効率分化誘導法を確立した。さらに、（３）タイプ別心筋細胞においてマルチオミクス解析を行うことにより代謝プロファイルを評価した。本研究成果により、今後の再生医療および創薬を大きく推進することが期待できる。

【研究の社会的意義】

本研究成果の学術的意義は、代謝プロファイルを基盤にヒトiPS細胞の増殖能をコントロールするだけでなく、高純度心室筋細胞と非心室筋細胞を作り分ける技術を開発することで、表現型のばらつきを解消する点である。表現型のばらつきを解消することで、安全かつ有効な再生医療の実現化および創薬への応用が期待できるため、社会的意義も極めて高いと考えられる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23220014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ES/iPS細胞 / 再生医工学 / 細胞用まな板 / 細胞マトリックス設計 / 神経細胞 / E-カドヘリン / N-カドヘリン / 均一系肝細胞反応 / Ｅ－カドヘリン / Ｎ－カドヘリン / ES/iPS / 再生医療 / パターニング培養 / 神経分化 / 肝細胞 / 心筋細胞

【研究成果の概要】

細胞接着分子として知られているE-カドヘリン分子をベースをしたキメラタンパク質E-カドヘリンFc分子の設計をふまえ、このE-カドヘリン-Fc固定型培養器材を用いることにより、ES/iPS細胞をコロニー化させずに、均一に分散した単一細胞状態での培養に成功した。さらに開発した新方法とコロニー形成させてしまう既存の方法を比較する為、発信される細胞内シグナルも比較・解析した。本研究によりES/iPS細胞の均一な未分化増殖・肝細胞・神経細胞への均一系での分化誘導とソーティング技術を確立しES/iPS細胞用まな板のコンセプトを確立した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】204,490千円 (直接経費: 157,300千円、間接経費: 47,190千円)