バイオ人工膵による移植治療システムの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12357009
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 井上 一知 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (90168435)
• 研究分担者: 今村 正之 京都大学, 医学部・研究科, 教授 (00108995) ; 宮崎 純一 大阪大学, 医学部, 教授 (10200156) ; 田畑 泰彦 京都大学, 再生医科学研究所, 教授 (50211371) ; 大河原 久子 東京女子医科大学, 総合研究所, 助教授 (10075468) ; 玄 丞烋 京都大学, 再生医科学研究所, 助教授 (90283655)
• キーワード: バイオ人工膵 / 糖尿病治療 / 胎性幹細胞 / ランゲルハンス島(膵島) / ブタ膵内分泌細胞の分離 / 免疫隔離 / 異種移植 / 皮下の血管誘導

研究概要

本研究は、バイオ人工膵を体内に導入することにより糖尿病を根治的に治療することを最終目標としている。そのためのステップとして、インスリンを産生・分泌するバイオリアクターを得るために、ブタ膵島分離法の確立およびヒト型インスリン分泌細胞の作成を目指す一方、バイオリアクターの機能を生体内で十分に発揮させるための免疫隔離デバイスの開発・改良を行った。
バイオリアクターの開発・改良に関しては、6ヶ月齢のブタから摘出した膵臓を用いて、2段階消化法とHistopaque-1077による分離法を用いて一臓器あたり平均1千万個の内分泌細胞を分離することに成功し、その細胞を培養してin vitroおよびin vivoで各種の検討を行った結果、得られた細胞(特に、浮遊細胞塊)が、糖尿病治療に適した良好なインスリン分泌能を有することを確認した。また、ethylene glycolを用いてこのような膵島あるいは膵島様細胞塊を凍結保存する効果的かつ簡便な方法を開発した。さらに、本来は際限なく分裂・増殖する性質を有するインスリノーマ細胞であるMIN6細胞から、培養条件を調節することによって、増殖力が弱く、ブドウ糖濃度に反応してインスリンを分泌する能力を有した細胞塊を形成させ、これをアガロースのビーズに加工することで、少なくとも一ヶ月間、in vitroで良好な形態と機能を維持させることに成功した。これらの成果に加えて、ヒト型インスリン分泌細胞の作成に役立てるべく、マウスの胎性幹細胞をインスリン分泌細胞へ分化誘導する研究が進行中で、従来の報告より格段に有用なインスリン分泌細胞が得られつつある。
一方、免疫隔離デバイスの面では、補体の細胞障害作用が拒絶反応の主役となる異種移植をめざして、抗補体作用を有するpoly(styrene sulfonic acid)を添加したアガロース膜を用いた三層ビーズの有用性を確認するとともに、膵島毒性の点でpoly(2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid)がより有用である可能性を示した。また、血管に乏しい皮下への移植をめざして、膵島移植部位に血管新生作用を有するbasic fibroblast growth factorの徐放性デバイスを埋入してあらかじめ血管を誘導することの有用性を示した。さらに、三層ビーズと血管誘導技術を組み合わせることにより、Splague-Dawleyラットの膵島をC57BL/6マウスの皮下に移植して糖尿病を長期間コントロールすることが可能となった。現在は、ブタ膵内分泌細胞を用いてイヌの糖尿病を治療する実験が進行中である。

研究成果

• [文献書誌] Kawakami Y., et al.: "Modified subcutaneous tissue with neovascularization as the site for pancreatic islet transplantation"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] Miyamoto M., et al.: "Development of cryopreservation procedure of freezer bag for pancreatic islets using newly developed cryoprotectant"Cell Transplant. 10. 363-371 (2001)
• [文献書誌] Wang W.J., et al.: "Effect of basic fibroblast growth factor on insulin secretion from microencapsulated pancreatic islets; An in vitro study"Cell Transplant. 10. 465-471 (2001)
• [文献書誌] Hori H., et al.: "Isolation, culture and characterization of endocrine cells from six-months-old porcine pancreas"Cell Transplant. 10. 459-464 (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. 499-502 (2001)
• [文献書誌] Nagata N., et al.: "Evaluation of insulin secretion of isolated rat islets vultured in extracellilar matrix"Cell Transplant. 10. 447-451 (2001)
• [文献書誌] Xu B.Y., et al.: "The influence of anticomplement synthetic sulfonic polymers on function of pancreatic islets: an in vitro study"Cell Transplant. 10. 413-417 (2001)
• [文献書誌] Xu B.Y., et al.: "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)
• [文献書誌] Kawakami Y., et al.: "Successful subcutaneous pancreatic islet transplantation using 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)