ステムセルバイオロジーによる膵島再生治療法の開発

• 研究課題/領域番号: 13854020
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 外科学一般
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 角 昭一郎 (2003) 京都大学, 再生医科学研究所, 助教授 (80252906); 井上 一知 (2001-2002) 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (90168435)
• 研究分担者: 田畑 泰彦 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (50211371) ; 宮崎 純一 大阪大学, 医学部, 教授 (10200156) ; 中辻 憲夫 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (80237312) ; 角 昭一郎 京都大学, 再生医科学研究所, 助教授 (80252906)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 70,070千円 (直接経費: 53,900千円、間接経費: 16,170千円); 2003年度: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2002年度: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円); 2001年度: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
• キーワード: 胚性幹細胞 / バイオ人工膵 / 免疫隔離 / ランゲルハンス島(膵島) / 皮下移植 / 血管新生 / 糖尿病 / 分化誘導 / 幹細胞 / ES細胞 / 膵島様細胞塊 / 塩基性線維芽細胞増殖因子 / インスリン産生細胞

研究概要

幹細胞の分化誘導によるインスリン産生細胞の開発においては、マウス胚性幹細胞の膵島様細胞塊への分化誘導を試み、独自の方法で、従来報告されていない優れた機能を有する細胞を作製し、電子顕微鏡的なインスリン分泌顆粒、膵特異的遺伝子発現、および、マウス糖尿病モデルへの移植による血糖低下を確認した。
ヒトに応用可能な皮下移植タイプのバイオ人工膵デバイスの開発においては、抗補体作用ポリマーなどの併用やより移植に適した形状の開発を行い、ラット膵島あるいはブタ膵内分泌細胞を組み込んだマクロデバイスを作製して血管誘導前処置を施した皮下組織内へ移植することで、マウス糖尿病モデルの血糖を長期間にわたり正常化することに成功した。さらに、ポリビニルアルコール(PVA)を材料とし、膵島細胞凍結保存技術を応用した全く新しいマクロカプセル化膵島の作製方法を確立し、ラット膵島による糖尿病マウスの治療実験において、血糖低下作用のみならず、糖尿病性腎障害の軽減効果を確認した。このPVAデバイスは、作製方法が比較的簡便で大型化に容易に対応できる特徴を有する。
皮下移植前処置処置用血管誘導デバイスの作製と改良では、basic fibroblast growth factorの徐放製剤等を用いて、膵島の同種皮下移植やバイオ人工膵異種移植における有用性を確認し、さらに、コラーゲン被覆したPVAデバイスを用いても、良好な血管誘導が可能であることを示した。
以上の成果により、糖尿病モデル動物におけるバイオ人工膵皮下移植システムの有効性は、小動物においてはほぼ確立し得たものと考えられ、今後必要となるデバイスの大型化や、イヌを用いた前臨床治療実験へ向けた基礎的な方法論が整備された。

研究成果

• [文献書誌] Kawakami Y, Iwata H, Gu Y, Miyamoto M, Murakami Y, Balamurugan AN, Imamura M, Inoue K.: "Successful subcutaneous pancreatic islet transplantation using angiogenic growth factor releasing device."Pancreas. 23. 375-378 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Wang WJ, Gu Y, Tabata Y, Miyamoto M, Hori H, Nagata N, Toma M, Balamurugan AN, Kawakami Y, Nozawa M, Inoue K.: "Reversal of diabetes in mice by xenotransplantation of bioartificial pancreas in a prevascularized subcutaneous site."Transplantation. 73. 122-129 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Wang WJ, Gu Y, Hori H, Sakurai T, Hiura A, Sumi S, Inoue K.: "Subcutaneous transplantation of macroencapsulated porcine pancreatic endocrine cells normalizes hyperglycemia in diabetic mice."Transplantation. 76. 290-296 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kim DH, Ishii M, Fujimiya M, Qi MG, Nakamura N, Yoshikawa T, Sumi S, Inoue K.: "In vivo functioning and transplantable mature pancreatic islet-like cell clusters differentiated from embryonic stem cell."Pancreas. 27. e34-e41 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Qi MG, Gu Y, Sakata N, Kjm DH, Shirouzu Y, Yamamoto C, Hiura A, Sumi S, Inoue K.: "PVA hydrogel sheet macroencapsulation for the bioartificial pancreas."Biomaterials. (印刷中).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kawakami Y, Iwata H, Gu Y, Miyamoto M, Murakami Y, Balamurugan AN, Imamura M, moue K: "Successful subcutaneous pancreatic islet transplantation using angiogenic growth factor releasing device."Pancreas. 23. 375-378 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Xu, BY, Iwata H, Gu Y, Balamurugan AN, Murakami Y, Cui WX, Imamura M, moue K: "Functional comparison of the agarose microbeads and the developed three layer agarose microbeads as the bioartificial pancreas : An in, vitro study."Cell Transplant. 10. 403-408 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Xu BY, Gu YJ, Miyamoto M, Balamurugan AN, Cui WX, Imamura M, Iwata H, Inoue K: "The influence of anticomplement synthetic sulfonic polymers on function of pancreatic islets: an in vitro study."Cell Transplant. 10. 413-418 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Gu Y, Tabata Y, Kawakami Y, Balamurugan AN, Hori H, Nagata N, Satake A: "Cui WX, Qi M, Misawa Y, Toma M, Miyamoto M, Nozawa M, moue K. Development of a new method to induce angiogenesis at subcutaneous site of strepotozotocin-induced diabetic rats for islet transplantation."Cell Transplant. 10. 453-457 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Wang WJ, Gu Y, Miyamoto M, Hori H, Nagata N, Balamurugan AN, Inoue K: "Effect of basic fibroblast growth factor on insulin secretion from micro-encapsulated pancreatic islets; An in vitro study."Cell Transplant. 10. 465-471 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Wang WJ,.Gu Y, Tabata Y, Miyamoto M, Hori H, Nagata N, Toma M, Balamurugan AN, Kawakami Y, Nozawa M, Inoue K: "Reversal of diabetes in mice by xenotransplantation of bioartificial pancreas in a prevascularized subcutaneous site."Transplantation. 73. 122-129 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Wang WJ, Gu Y, Hori H, Sakurai T, Hiura A, Sumi S, Inoue K: "Subcutaneous transplantation of macroencapsulated porcine pancreatic endocrine cells normalizes hyperglycemia in diabetic mice."Transplantation. 76. 290-296 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kim DH, Ishii M, Fujimiya M, Qi MG, Nakamura N, Yoshikawa T, Sumi S, Inoue K: "In vivo functioning and transplantable mature pancreatic islet-like cell clusters differentiated from embryonic stem cell."Pancreas. 27. e34-e41 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sakurai S, Satake A, Nagata N, Gu Y, Hiura A, Kim DH, Hori H, Tabata Y, Sumi S, Inoue K: "The development of new immunoisolatory devices possessing the ability to induce neovascularization."Cell Transplantation. 12. 527-535 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Qi MG; Gu Y, Sakata N, Kim DH, Shirouzu Y, Yanamoto C, Hiura A, Sumi S, Inoue K: "PVA hydrogel sheet macroencapsulation for the bioartificial pancreas."Biomaterials. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Wang WJ, Gu Y, Hori H, Sakurai T, Hiura A, Sumi S, Inoue K.: "Subcutaneous transplantation of macroencapsulated porcine pancreatic endocrine cells normalized hyperglycemia in diabetic mice"Transplantation. 76. 290-296 (2003)
• [文献書誌] Watanabe H, Sumi S, Kitamura Y, Nio Y, Higami H.: "Immunohistochemical analysis of vascular endothelial growth factor and hepatocyte growth factor, and their receptors, in transplanted islets in rats"Surgery Today. 33. 854-860 (2003)
• [文献書誌] Kim DH, Ishii M, Fujimiya M, Qi MG, Nakamura N, Yoshikawa T, Sumi S, Inoue K.: "In vivo functioning and transplantable mature pancreatic isletlike cell clusters differentiated from embryonic stem cell"Pancreas. 27. e34-e41 (2003)
• [文献書誌] Sakurai S, Satake A, Nagata N, Gu Y, Hiura A, Kim DH, Hori H, Tabata Y, Sumi S, Inoue K.: "The development of new immunoisolatory devices possessing the ability to induce neovascularizaton"Cell Transplantation. 12. 527-535 (2003)
• [文献書誌] Qi MG, Gu Y, Sakata N, Kim DH, Shirouzu Y, Yamamoto C, Hiura A, Sumi S, Inoue K.: "PVA hydrogel sheet macroencapsulation for the bioartificial pancreas"Biomaterials. (発表予定).
• [文献書誌] 角 昭一郎, 日裏 彰人, 顧 元駿, 井上 一知: "再生医療の膵島移植への応用"移植. 38. 133-136 (2003)
• [文献書誌] 角 昭一郎, 井上 一知: "Annual Review2003消化器.戸田剛太郎ほか編,膵移植-現状と展望"中外医療社. 68-73(6) (2003)
• [文献書誌] Wang WJ, et al.: "Restoration of normoglycemia in diabetic mice by xenotransplantation of macroencapsulated porcine pancreatic endocrine cells into a prevascularized subcutaneous site"Transplantation. (発表予定).
• [文献書誌] Watanabe H, et al.: "Immunohistochemical study of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), Hepatocyte Growth Factor (HGF) and their Receptors in transplanted islets in rats"Surgery Today. (発表予定).
• [文献書誌] Balamurugan AN, et al.: "Bioartificial pancreas transplantation at prevascularized intermuscular space : effect of angiogenesis induction on islet survival"Pancreas. 26(3). 279-285 (2003)
• [文献書誌] Balamurugan AN, et al.: "Hepatocyte growth factor (HGF) is a mitogen and an insulinotropic agent for fetal islet cells in vitro"Pancreas. 26(1). 103-104 (2003)
• [文献書誌] Nagata N, et al.: "Co-culture of extracellular matrix suppresses the cell death of rat pancreatic islets"J Biomater Sci Polym Ed. 13(5). 579-590 (2002)
• [文献書誌] Balamurugan AN, et al.: "Streptozotocin (STZ) is commonly used to induce diabetes in animal models"Pancreas. 26(1). 102-103 (2003)
• [文献書誌] Kawakami Y. et al.: "Modified subcutaneous tissue with neovasclarization as the site of pancreatic islet translantation"Cell Transplant. 9. 729-732 (2001)
• [文献書誌] Kinoshita N. et al.: "Regulation of cell proliferation using tissue engineering in MIN6 cells"Cell Transplant. 10. 473-477 (2001)
• [文献書誌] Wang W.J.et al.: "Effect of basic fibroblast growth factor on insulin secretion from micro-encapsulated pancreatic islets ; An in vitro study"Cell Transplant. 10. 465-471 (2001)
• [文献書誌] Gu Y.J.et al.: "Development of a new method to induce angiogenesis at subcutaneous site of strepotozotocin-induced diabetic rats for islet transplantation"Cell Transplant. 10. 453-457 (2001)
• [文献書誌] Cui W.X, et al.: "The tissue-engineering pancreatic islets : Culturing the rat islets in the chitosan sponge"Cell Transplant. 10. 499-501 (2001)
• [文献書誌] Xu B.Y.et al.: "The innuence of anticomplement synthetic sulfonic polymers on function of pancreatic islets : an in vitro study"Cell Transplant. 10. 413-417 (2001)
• [文献書誌] Kawakami Y. et al.: "Successful subcutaneous pancreatic islet transplantation uslng angiogenic growth factor releasing device"Pancreas. 23. 375-378 (2001)
• [文献書誌] Wang W.J.et al.: "Reversal of diabetes in mice by xenotransplantation of bioartificial pancreas in a prevascularized subcutaneous site"Transplantation. 73. 122-129 (2002)