Reconstruction of motor function with human iPS cells and optogenetics, and its application to diaphragm pacing

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H06251
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 佐伯 将臣 名古屋大学, 医学系研究科, 研究員 (40822292)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2020-03-31
• Keywords: 運動麻痺 / 機能再建 / iPS細胞 / オプトジェネティクス / 横隔膜ペーシング

Outline of Annual Research Achievements

（１）光感受性チャネルロドプシン（ChR2(H134R)）を発現するヒトiPS細胞由来運動ニューロンの作成
ヒトiPS細胞由来運動ニューロンに、レンチウイルスベクター(pLenti-Synapsin-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE)を用いてChR2(H134R)を導入した。ヒトiPS細胞由来運動ニューロンでChR2(H134R)が発現していることを、免疫染色とWestern-blottingで確認した。ChR2(H134R)を導入した運動ニューロンで青色光の照射により活動電位が誘発されることを多電極アレイ(Multi electrode array：MEA)を用いて確認した。光刺激により低侵襲に、しかも細胞種特異的に刺激するという本研究の臨床応用に向けた課題において、光刺激により活動電位が誘発される運動ニューロンの作成は、重要性が高いと考える。
（２）ChR2発現ヒトiPS細胞由来ニューロンの末梢神経への移植による運動機能の再建
ラット坐骨神経切断モデルに、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンを移植した。in vivo bioluminescence imaging(BLI)で移植細胞のイメージングを行い、細胞の生着を観察した。電気刺激で、約半数の動物で筋収縮と筋活動電位が確認された。現在詳細な解析を進めている。ヒトiPS細胞由来運動ニューロンの移植により脱神経筋の再支配が可能であることを示しており、重要な結果であると考える。現在、ChR2(H134R)を導入した運動ニューロンを移植し、光刺激による筋収縮を得るための条件を検討している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ヒトiPS細胞由来運動ニューロンにChR2(H134R)を導入し、光刺激により活動電位を誘発する事に成功している。また、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンをラット坐骨神経切断モデルに移植し、生着することを確認した。また電気刺激による筋収縮と筋活動電位を確認している。

Strategy for Future Research Activity

ラット坐骨神経切断モデルをおいて、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンの移植により、脱神経筋を再支配し、光刺激による筋収縮を確認すること。その後、大型モデル動物であるミニブタの横隔神経損傷モデルに、ChR2(H134R)を導入したヒトiPS細胞由来運動ニューロンを移植する。移植部位に青色光を照射し、横隔膜の筋収縮を評価し、組織学的評価も行う。