ホスト脳環境の至適化による多能性幹細胞移植治療の開発促進

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K16642
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐俣 文平 京都大学, iPS細胞研究所, 非常勤研究員 (80779166)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 再生医療 / iPS細胞 / 細胞移植 / 炎症 / 脳血管障害 / 神経回路再生

Outline of Annual Research Achievements

皮質傷害後の成体マウスに細胞移植を行うことにより、術後の生着促進効果や血管新生作用が認められる。また同マウスモデルを用いた予備実験からは移植片由来の神経軸索伸長作用も認められいる。この作用が皮質傷害後の期間（皮質傷害後0日目、7日目、14日目、28日目）によってどのように変化するのかを調べた結果、傷害後7日目に移植した群で線条体や大脳脚、視床における軸索伸長が最大になることが分かった。その後、傷害部位周辺で発現が増加する遺伝子に着目したところ、8倍以上の増加が認められた遺伝子が414個見つかった。さらにこの中から分泌因子に着目した解析を進めたところ、シグナル配列を持つ候補因子を24個に絞り込んだ。これら候補因子についてHEK細胞を用いた強制発現系を構築し、それぞれの機能解析に取り組んできた。これまでに一部の候補因子については軸索伸長促進作用を有すことをin vitro下で再現することに成功している。さらにヒト多能性幹細胞由来大脳皮質オルガノイドの分化誘導手法を確立しており、今後のヒト細胞における機能解析及び移植実験の準備は整っている。
一般的に、成体の脳環境は軸索伸長阻害因子等に曝されているため、移植後の細胞の生着及び軸索伸長には不向きな環境と考えられる。本研究によって移植細胞の生着及び軸索伸長を促進し得る因子を特定することができれば、細胞移植治療の開発促進につながると考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

傷害7日後にその周辺領域で発現が増加する遺伝子を網羅的に探索したところ、8倍以上の増加が認められた遺伝子が414個見つかった。さらにこの中から分泌因子に着目した解析を進めたところ、シグナル配列を持つ候補因子を24個に絞り込んだ。これら候補因子についてはHEK細胞を用いた強制発現系の構築に成功している。胎仔マウス皮質細胞を用いた機能解析の実験系も既に確立しており、一部の候補因子では軸索伸長促進作用が認められている。
このように皮質傷害後に発現が増加する遺伝子の中から、実際に軸索伸長促進作用を有す候補因子の同定にある程度成功している。さらに大脳皮質オルガノイドの分化誘導手法を確立することにより、今後のヒト多能性幹細胞への応用の準備も整いつつある。

Strategy for Future Research Activity

HEK細胞を用いた候補因子の機能解析により胎仔マウス大脳皮質細胞の生着及び軸索伸長の促進作用を有す因子の絞り込み作業に引き続き取り組む。in vitro実験においては候補因子の添加濃度を段階的に振り分けることで至適濃度を明らかにする。有望な候補因子についてはin situハイブリダイゼーション法を用いて脳内局在及び発現細胞を同定する。
またヒト多能性幹細胞由来大脳皮質細胞に対しても有効性が期待できるかどうかを明らかにするために、ヒトES及びヒトiPS細胞由来大脳皮質オルガノイドの分化誘導を行う。酵素処理で分散した後に接着培養を行うことによって、候補因子に対する応答性を検証する予定である。また細胞移植における候補因子の効果を検証するために、胎仔マウス大脳皮質細胞の移植時に候補因子を同時投与する。ヒト多能性幹細胞由来大脳皮質細胞についても同様の実験を実施することにより、細胞生着や軸索伸長に対する作用が認められるか否かについて検証する予定である。