iPS細胞由来心筋細胞を用いたチューブ状心筋構造体を応用した血管グラフトの研究

• Project/Area Number: 23K15546
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 川合 雄二郎 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任助教 (70898783)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: iPS細胞 / 再生医療 / 心筋構造体 / 血管グラフト

Outline of Research at the Start

我々は佐賀大学との共同研究によりヒトiPS細胞由来心筋細胞を用いて3Dバイオプリンターによりチューブ状の心筋構造体の作成に成功し、In vivoにおいて生着と拍動することを確認した。
冠動脈は心筋内走行している部分において、心筋に覆われることによりミルキング効果、ずり応力の影響を受け、粥状硬化性病変の発生・進展が抑制される。
本研究ではTissue　engineeringの技術を応用し、iPS細胞由来チューブ状心筋構造体の新しい臨床応用として、自己血管グラフトと組み合わせるハイブリッドグラフトを作成し、自己血管グラフトの長期開存性の向上とiPS細胞を用いた再生治療の新しい臨床応用の形を提案する。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度はiPS細胞由来心筋構造体の大型化と、ブタへの移植への実現可能性についての検討を行った。研究協力者の佐賀大学中山研究室、久留米大学医学部疾患モデル研究センターとの共同研究であり、構造体の培養条件、搬送方法の検討を行い、実験場所を久留米大学に変更して実験を行う方針とした。構造体はバイオプリンターを用い、大型化を行なった。作成の過程で、構造体収縮力により構造体の破断をきたすことがあり、細胞比率、積層化の最適化などを行なった。また実際にブタへの移植実験を行なった。本研究は冠動脈バイパス術における静脈グラフトの長期開存を目指した研究である。本研究でもブタに対する冠動脈バイパス術を想定しているが、ブタにおいて冠動脈バイパス術は侵襲が大きいため、比較的侵襲の少ない頸動脈へのバイパス術を行なった。脾静脈グラフトと作成した心筋構造体を組み合わせ、頸動脈へのバイパスを行った。
現状では構造体の脆弱性が強く、移植手技においても構造体の損傷が認められ、課題を残した。また免疫抑制剤の使用と胸腺脾臓摘出により、異種移植ではあるが、構造体の生着を期待していたが、術後の組織学的評価においては、移植構造体の生着を確認できなかった。免疫抑制剤については既出の文献や、実験で得られたデータ（免疫抑制剤血中濃度）に基づき、再検討が必要と考えられた。また移植手技が非常に高難度であったため、バイパスグラフトに適した構造体の最適化と移植手技の確立が今後の課題と考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

実験場所等の変更を行ったが、当初の予定通り、ブタへの移植実験を行うことができた。また、構造体も回を重ねるごとに強度、ハンドリングの良さなど技術的な向上が得られている。大型動物（ブタ）を用いた実験にも習熟してきており、概ね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

2024年度も引き続きブタへの移植実験を推進していく方針である。最終的な目標である、冠動脈バイパスグラフト術への技術応用を想定し、実験モデルの検討を行い。まずは大型化した構造体の生着及びグラフトへの影響を検討したい。