Study concerned with breast reconstruction by lipo-transfer assisted with mesenchymal stem cells from induced pluripotent stem cell

• Project/Area Number: 23K09094
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56070:Plastic and reconstructive surgery-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 牧口 貴哉 群馬大学, 医学部附属病院, 講師 (90457060)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 高広 群馬大学, 医学部附属病院, 助教 (20866066) ; 藤井 孝明 群馬大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (40507331) ; 黒住 献 国際医療福祉大学, 医学部, 准教授 (40768735) ; 中村 英玄 独立行政法人国立病院機構高崎総合医療センター(臨床研究部), 臨床研究部, 形成外科 医長 (60866052) ; 堀口 淳 国際医療福祉大学, 医学部, 主任教授 (70272242)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 乳房再建 / iPS / 脂肪移植 / 脂肪注入 / 乳癌

Outline of Research at the Start

ヌードマウスを用いた動物実験でiPS細胞由来間葉系幹細胞（iPS-MSC）付加脂肪移植の有用性と安全性を検証する．
（I）iPS細胞由来間葉系幹細胞付加脂肪移植と純脂肪移植／脂肪幹細胞付加脂肪移植において以下項目を比較検討する．
①脂肪注入後の移植脂肪体積変化
②組織学的検討における脂肪細胞の性状とがん化・分化異常の有無，血管形成，嚢胞形成，石灰化
（II）上記検討からiPS細胞由来間葉系幹細胞を脂肪に付加する適切な濃度を検討する．
（III）脂肪分化に適したiPS細胞から間葉系細胞への分化誘導系を検討する．

Outline of Annual Research Achievements

iPS細胞（人工多能性幹細胞：induced pluripotent stem cell）は人体の体細胞から作成可能であり，様々な組織や臓器の細胞に分化する能力とほぼ無限に増殖する能力をもつ多能性幹細胞である．iPS細胞由来の間葉系幹細胞（iPS-MSC）はASCなど従来の体細胞（骨髄や脂肪）由来の間葉系幹細胞と比較して，より高い増殖能と分化能を安定して維持する．また，ドナー（患者）の年齢や健康状態に依存することなく，均一な質の間葉系幹細胞を必要な細胞数だけ確保できる．本研究の目的はiPS-MSCを付加した脂肪注入術の有用性をマウス実験で検証することである．
令和5年度は、iMSC（iPS-MSC）付加脂肪をヌードマウスに移植し、体積変化、組織学的評価を行い、有用性について検討を行った。遊離腹直筋皮弁による自家組織乳房の余剰脂肪を採取して、Liquid overflow methodで0.3mlの脂肪を作成した。剪刃で細かく切り刻み、以下4種類の細胞溶液を添加して、2.5mlシリンジに充填した。
純脂肪：①PBS (150μl)、脂肪幹細胞（脂肪由来間葉系幹細胞）(ASC)付加脂肪：②ASC (1x10^5/150μl)、iPS細胞由来間葉系幹細胞（iMSC）付加脂肪：③iMSC (1x10^4/150μl )④iMSC (1x10^5/150μl )
各々に対して、移植脂肪のサイズ評価および組織学的検討：HE染色：脂肪細胞の性状（がん化・分化異常の有無，嚢胞化，）、新生血管（vWF免疫染色）、線維化（アザン染色）を行った。
結果、iMSC付加脂肪は油滴面積が大きく、楕円形状を保っていた。iMSC付加脂肪は
血管新生が多かった。iMSC付加脂肪は線維化が少なかった、等の結果が得られた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和5年度に予定していた、ヌードマウスを用いた動物実験でiPS細胞由来間葉系幹細胞（iPS-MSC）付加脂肪移植の有用性と安全性を検証する．
（I）iPS細胞由来間葉系幹細胞付加脂肪移植と純脂肪移植／脂肪幹細胞付加脂肪移植において以下項目を比較検討する．
①脂肪注入後の移植脂肪体積変化
②組織学的検討における脂肪細胞の性状とがん化・分化異常の有無，血管形成，嚢胞形成，石灰化
等に関しては順調に結果を得られ、評価できている。

Strategy for Future Research Activity

今後は引き続きマウス数を増やし、継続して評価を行う。
また、付加するiPS細胞由来間葉系幹細胞の濃度によっては，効率的な移植脂肪の生着率が認められないことや，濃度が高すぎても多くの嚢胞形成，線維化が生じてしまう可能性がある．移植脂肪体積，組織学的検討から，付加するiPS由来間葉系幹細胞の効果的な濃度を評価し，再実験を行う．また， iPS細胞から間葉系幹細胞への分化誘導系について評価を行い，脂肪細胞への分化に適した条件を検討する．いくつかの作製法（脂肪細胞に分化する際に発現する遺伝子群をregulateするgrowth factorsや低分子化合物を添加する等）で作成したiPS細胞由来間葉系細胞のin vitroにおける脂肪細胞への誘導効率を検討する．

Research Products

• [Presentation] iPS細胞由来の間葉系幹細胞を付加した脂肪移植 に関する基礎研究 (2023)
  • Author(s): 牧口貴哉
  • Organizer: 第32回 日本形成外科学会基礎学術集会