移植免疫の理解に基づく新たな心筋再生治療の開発

• Project/Area Number: 23K21433
• Project/Area Number (Other): 21H02910 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53020:Cardiology-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 柴 祐司 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (70613503)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: iPS細胞 / 心不全 / 再生医療 / 心筋再生

Outline of Research at the Start

重症心不全に対する、心臓移植に代わる細胞移植による再生医療が実現化しつつある。しかし、細胞移植において、移植細胞の生着に臓器移植と同等の免疫抑制剤が必要であるか不明であり、最適な免疫抑制プロトコールの確立が必須である。また、細胞移植においては、幹細胞バンクを利用することにより、移植免疫に主要な役割を果たすMHC型を一致させた移植が比較的容易であり、さらに、ゲノム編集技術によって低免疫原性移植細胞の作製も可能である。本研究では、霊長類同種移植モデルを用いて、移植心筋細胞の生着に必要な免疫抑制剤を同定するとともに、細胞移植の利点を活用した、免疫抑制剤に代わる新たな免疫寛容療法を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

心臓移植に代わる心筋細胞移植において、移植細胞が長期生着可能な免疫抑制プロトコールを確立するために研究を行い、以下の実績を挙げた。
１）カニクイザルMHC型の同定とドナーiPS細胞の樹立：フィリピン産カニクイザルに対してRNAシークエンスによるMHC型同定を行い、MHC型ホモ接合体個体から皮膚線維芽細胞を採取し、OCT3/4、SOX2、KLF4、L-MYCを遺伝子導入することによりiPS細胞を作製した。また、レシピエント動物として、MHC型がドナー細胞と異なる個体を11頭同定した。
２）カニクイザル発光イメージングシステムの開発：一頭のカニクイザルで複数の免疫抑制プロトコールの評価を可能とするために、改良型LuciferaseであるAkaluc遺伝子をCRISPR-Cas9システムによってヒトiPS細胞のAAVS1領域に遺伝子導入し、この細胞のin vivoにおける発光イメージングを検証した。AKaluc導入iPS細胞から作製した心筋細胞を、カニクイザル心臓に移植したところ、発光イメージングにより生体内での移植心筋能同定に成功した。
３）同種心筋細胞移植試験：レシピエント動物に対して、左冠動脈前下行枝結紮により3時間血流を遮断し、その後抜糸し再灌流させ虚血再灌流による心筋梗塞モデルを作製する。心筋梗塞作製2週間後に、2×10^8個のiPS細胞由来心筋細胞を梗塞領域および周辺領域に直接注射により移植する。免疫抑制剤として、現在心臓移植において標準的に用いられている、メチルプレドニゾロン、シクロスポリンA、ミコフェノール酸モフェチルの3剤を移植直前から投与し、細胞移植を行った。移植後、4週間ごとに移植心筋細胞の生着を評価しながら、免疫抑制剤を削減し、最適な免疫抑制剤の組み合わせを同定した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Regeneration of Nonhuman Primate Hearts With Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Spheroids (2024)
  • Author(s): Kobayashi H, Tohyama S, Ichimura H, Ohashi N, Chino S, Soma Y, Tani H, Tanaka Y, Yang X, Shiba N, Kadota S, Haga K, Moriwaki T, Morita-Umei Y, Umei T, Sekine O, Kishino Y, Kanazawa H, Kawagishi H, Yamada M, Naritah K, Naito T, Seto T, Kuwahara K, Shiba Y, and Fukuda K
  • Journal Title: Circulation Volume: 123 Issue: 8 Pages: 611-621
  • DOI: 10.1161/circulationaha.123.064876
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intracoronary transplantation of pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes: Inefficient procedure for cardiac regeneration (2023)
  • Author(s): Kobayashi Hideki、Tohyama Shugo、Kanazawa Hideaki、Ichimura Hajime、Chino Shuji、Tanaka Yuki、Suzuki Yota、Zhao Jian、Shiba Naoko、Kadota Shin、Narita Kazumasa、Naito Takafumi、Seto Tatsuichiro、Kuwahara Koichiro、Shiba Yuji、Fukuda Keiichi
  • Journal Title: Journal of Molecular and Cellular Cardiology Volume: 174 Pages: 77-87
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2022.11.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mature human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes promote angiogenesis through alpha-B crystallin (2023)
  • Author(s): Tanaka Yuki、Kadota Shin、Zhao Jian、Kobayashi Hideki、Okano Satomi、Izumi Masaki、Honda Yusuke、Ichimura Hajime、Shiba Naoko、Uemura Takeshi、Wada Yuko、Chuma Shinichiro、Nakada Tsutomu、Tohyama Shugo、Fukuda Keiichi、Yamada Mitsuhiko、Seto Tatsuichiro、Kuwahara Koichiro、Shiba Yuji
  • Journal Title: Stem Cell Research and Therapy Volume: 14 Issue: 1 Pages: 240-240
  • DOI: 10.1186/s13287-023-03468-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] iPS細胞を用いた心臓再生医療の臨床に向けた現状と課題 (2022)
  • Author(s): 柴 祐司
  • Organizer: 第21回日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] 霊長類を用いた心筋再生治療の開発 (2021)
  • Author(s): 柴 祐司
  • Organizer: 第50回日本心脈管作動物質学会
  • Invited