胚性幹(ES)細胞由来心臓ペースメーカー細胞を用いた不整脈治療への新しいアプローチ

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14570653
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 李 鍾國 名古屋大学, 環境医学研究所, 助手 (60303608)
• 研究分担者: 児玉 逸雄 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (30124720) ; 森崎 隆幸 国立循環器センター, バイオサイエンス部, 部長 (30174410) ; 日高 京子 国立循環器センター, バイオサイエンス部, 室長 (00216681)
• キーワード: 再生医学 / 胚性幹(ES)細胞 / 不整脈 / バイオペースメーカ

研究概要

心筋特異的ホメオボックス遺伝子であるNkx2.5遺伝子にGFPをマーカーとして挿入したNkx2.5-GFP-ノックイン-マウスES細胞株を確立し、この細胞株を分化誘導した後、fluorescence activated cell sorter (FACS)を用いてES細胞由来心筋細胞(ESCM)を得、その電気生理学的特性を調べた。パッチクランプ実験によりESCMの長期培養に伴う活動電位波形の変化を調べたところ、FACS後7日日では、約85%の細胞が持続的な自己拍動を示し、活動電位は洞結節(ペースメーカー)細胞と類似の波形を示した。一方、FACS後21日日では、約20%の細胞のみが自己拍動を示し、残りの80%は静止していた.静止心筋細胞の活動電位波形は、より深い静止電位と短い活動電位波形を示し、心房筋および心室筋細胞の活動電位波形に類似しており、ES細胞由来の心筋細胞は、成熟した心房・心室筋細胞あるいは洞結節細胞への分化能を有するものと考えられた(Hidaka, Lee et al. FASEB journal 2003)。また、ESCMとnative cardiac myocyteとの電気的結合の有無を調べるために、新生マウス心筋細胞をあらかじめ培養しておいた多電極培養皿に加えて共培養した。その結果、両細胞群間で電気的に同期した自己拍動が見られた。さらに、免疫不全マウスの左室自由壁にESCMを注入してin vivo細胞移植行い、体表面心電図を記録した。ESCMを移植したマウスでは、不整脈や心電図波形の異常は見られなかった。一方、完全房室ブロックを作成したマウスの房室結節近傍にESCMを注入すると、数日後に房室伝導の改善が見られた。これらの結果より、ES細胞由来心筋細胞は既存の心筋組織と電気的なsyncytiumを形成し得、心臓への細胞移植に利用可能であると考えられた(Lee, Hidaka et al. Circulation 2002, abstract)。しかしながら現時点では、主に得られる心筋は作業心筋である心室筋・心房筋であり、刺激伝導系細胞はごく少数であるため、十分な歩調取り電位を示す「バイオペースメーカ」を得るためには、ES細胞を主に刺激伝導系細胞に誘導する方法を確立する必要があることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Hidaka K, Lee JK, Kim HS, Ihm CH, Iio A, Ogawa M, Nishikawa S, Kodama I, Morisaki T: "Chamber-specific Differentiation of Nkx2.5-positive Cardiac Precursor Cells from Murine Embryonic Stem Cells"FASEB Journal. Express article Feb 19, 2003. fj.02-0104 (2003)
• [文献書誌] Miwa K, Lee JK, Hidaka K, Shi RQ, Morisaki T, Kodama I: "Optimal population of embryonic stem cells in "hanging drop" culture for in-vitro differentiation to cardiac myocytes"Environmental Medicine. 46(1). 92-94 (2002)
• [文献書誌] Lee JK, Hidaka K, Miwa K, Shi RQ, Itho G, Morisaki T, Kodama I: "Cardiac myocytes derived from Nkx2.5-GFP knock-in murine embryonic stem cell : Electrophysiological differentiation and coupling with native cardiac myocytes"Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 34(10)(abstract). A24 (2002)
• [文献書誌] Lee JK, Hidaka K, Miwa K, Shi RQ, Zhang L, Morisaki T, Kodama I: "Cardiac Myocytes derive from Nkx2.5-GFP knock-in murine embryonic stem cell : electrophysiological differentiation and feasibility of transplantation"Circulation. 106(19)(abstract). II-68 (2002)
• [文献書誌] Miwa K, Lee JK, Hidaka K, Shi R, Itoh G, Morisaki T, Kodama I.: "Paracrine factors from cultured cardiac cells promote differentiation of embryonic stem cells into cardiac myocytes"Environmental Medicine. 47. 45-47 (2003)