2017 Fiscal Year Research-status Report
自己毛包幹細胞由来の心筋シートや幹細胞を用いた心不全と神経損傷部の再生医療
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16K10173
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
天羽 康之 北里大学, 医学部, 教授 (10306540)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 毛包幹細胞 / ネスチン / 心筋再生 / 再生医療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、2016年度までにマウス髭毛包上部を10 % FBS DMEM にisoproterenol またはisoproterenol、10 ng/ml activin A、10 ng/ml bone morphogenetic protein 4 (BMP4)、5 mg/ml basic fibroblast growth factor (bFGF)を4日ごとに添加し、培養した。2週間後、心筋細胞への誘導効果を免疫染色とフローサイトメトリーで確認した。10 % FBS DMEMで培養した場合と比較してisoproterenol またはisoproterenol、activin A、BMP4、bFGFを添加し培養すると、分化した心筋細胞数が有意に上昇した。また、マウス髭毛包上部をマトリゲルで固定し、10 % FBS DMEMにisoproterenol、activin A、BMP4、bFGFを4日ごとに添加し培養、拍動する心筋シートが形成に成功した。
さらに2017年度に、4週齢GFPマウスから採取した髭毛包上部を10% FBS DMEMに3マイクロM isoproterenol (Sigma-Aldrich)、10 ng/ml activin A (HumanZyme)、10 ng / ml BMP4 (HumanZyme)、5 ng/ml bFGF (Millipore)を4日ごとに添加し、2週間培養した後、心筋細胞懸濁液とした。SCIDマウスの腹腔内に三種混合麻酔 (midazolam 0.5 mg/kg、 bultophenol-tetrate 0.5 mg/kg 、medetomidine hydrochloride 0.3 mg/kg) 後、実験動物人工呼吸器SN-40 (SHINANO manufacturing, Tokyo, Japan)を用いた呼吸管理下で、心筋細胞懸濁液を29G1/2注射針付シリンジ（TERUMO, Tokyo, Japan）でSCIDマウス心臓に移植した。２週間後、麻酔下で開胸し心筋細胞の生着を蛍光顕微鏡下で観察、撮影した。さらに、取り出した心臓を凍結切片にし、蛍光免疫染色にて心筋細胞の生着を確かめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、2016年度までにマウス髭毛包を用いて毛包幹細胞の心筋細胞などへの多分化能は年齢を重ねても維持され、また若年齢マウス髭毛包幹細胞は高い心筋分化能を持つことを明らかにした。また、我々は、毛包は凍結保存が可能であり、毛包幹細胞の多分化能も維持されると報告した。これらのことから、毛包幹細胞を用いた心臓再生医療が幅広い年齢を対象にでき、特に若年齢毛包幹細胞はより高い効果が期待できる。マウス髭毛包上部を10％ FBS DMEM にisoproterenol、activin A、BMP4、bFGFを添加し培養すると、拍動する心筋シートが形成された。さらに、2017年度中に心筋シートのマウスへの移植に成功した。
本研究で検討している毛包幹細胞由来の心筋シートは遺伝子操作、フローサイトメトリーによるソーティングや温度感受性培養皿を用いずに、単純な培養方法で自律的に形成される。これらの方法は将来的にヒト毛包幹細胞から心筋細胞を誘導し、心筋シートの作成に応用できる可能性が高いと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでの研究で、毛包幹細胞を用いた再生医療は早期の臨床応用が期待でき、毛包幹細胞から分化した心筋細胞は心臓再生医療に高い有効性を持つことが示唆された。
心臓疾患は世界でも死因の上位に挙げられる。大量に心筋細胞を欠落すると心機能は著しく低下するが、心筋細胞にはほとんど増殖能がなく自己回復は臨めない。そのため、重度の心臓疾患に対しては心臓移植が最も有効的な治療法であると言われている。一方で、深刻なドナー不足であるため、近年ES細胞やiPS細胞などの幹細胞を用いた再生治療に期待が高まっている。今回、作成に成功したマウス毛包幹細胞由来の心筋シートのSCIDマウスへ移植に成功した。
毛包幹細胞は遺伝子操作などを用いずに単純な方法で分化培養が可能である。さらに、患者本人の皮膚毛包から採取した毛包幹細胞を患部へ移植すれば、移植後の拒絶反応の問題を考慮する必要はなく、ES細胞やiPS細胞などが抱える腫瘍化へのリスクは低いため、非常に高い安全性が期待できる。次のステージでは、マウスでの検討に続けて、ヒトの頭部毛包から分離した毛包幹細胞をSCIDマウスへ移植し、ヒト由来毛包幹細胞から分化した心筋細胞のマウス心臓への生着を確かめる。
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[Presentation] Isoproterenol directs human hair follicle-associated pluripotent (hHAP) stem cells to differentiate to cardiac muscle cells2017
Author(s)
Natsuko Tohgi, Koya Obara, Yuko Hamada, Masateru Yashiro, Nobuko Arakawa, Sumiyuki Mii, Ryoichi Aki, Robert M. Hoffman, Yasuyuki Amoh
Organizer
The 76th Annual Meeting of the Society for Investigative Dermatology (2017. 4. 26~4. 27), Portland, Oregon
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