| 研究課題/領域番号 |
20H00542
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
澤 芳樹 大阪大学, 医学系研究科, 特任教授 (00243220)
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| 研究分担者 |
李 俊君 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (10723786)
劉 莉 大阪大学, 医学系研究科, 特任准教授(常勤) (50380093)
植村 寿公 大阪大学, 工学研究科, 特任教授 (60176641)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | iPS由来心筋細胞 / 組織構築 / デバイス / ファイバー / 回転培養 |
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| 研究実績の概要 |
重症心不全の治療法として細胞移植による再生治療が期待されている。我々はこれまでにiPS細胞由来心筋シート治療法を開発し、虚血性心筋症モデル動物を用いて有効性と安全性を確立したうえで、2018年にFrist humanまで臨床試験が開始されている。しかし現在の技術では、心筋シートの厚みは0.1mm程度であるため、約1cmのヒト心臓壁に細胞補充するには、更なる厚みを持ち、酸素・栄養供給に優れ、筋繊維の配向性を持ち、操作性が高い組織の形成が望まれる。本研究では、より高い心機能改善効果が期待できる“3D Mini Heart”を生体外で創成し移植に用いることを目的とする。申請者らはこれまでに、FDA認証済の生体分解性高分子材料(PLGAポリマー)で作製 したナノファイバーを用いて、３次元配向性の心筋組織片の開発に成功した。このナノファイバーは操作性に優れ、適度な間隙を作り多層化しやすい性質を持つ。そこで、生体心臓内の微小環境を再現する多層化した 重厚な“ 3D Mini Heart”の構築を目指し、多層化で課題となる栄養・酸素供給を確保するため、心筋組織の中に微小血管構造を構築し、最終的1mm以上の重厚な心筋組織を構築した上で、小動物心筋梗塞モデルへの移植実験及びPOC取得を行う。さらに、組織構築、栄養供給に必要な要素を引っ張り出し、メカニズムの開明も取り込もうと計画している。最終的に組織工学技術を駆使した高機能化心筋組織による次世代心不全根治法の開発を目指す。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度、心室壁構造を模倣して、心筋細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞を含んだ心筋組織を構築するデバイスの作製条件とを決定した。今年度、最適化されたデバイスを用いて、微小血管構造を持つ栄養供給可能な高機能性多能化心筋組織を構築する予定である。その結果、具体的に以下になる。
(1)それぞれ下肢血管由と心臓由来した線維芽細胞と内皮細胞を用いて組織の構築実験を行った結果、心臓由来線維芽細胞と内皮細胞を使用することに決めた。(2)iPS由来した心筋細胞、心臓由来線維芽細胞、心臓由来血管内皮細胞を共培養に適切な培地を決定した。（３）培養方法は静止培養がうまく行かないため、回転式３次元培養装置を投入して、サンプルを安定に回せるように装置の改良を行った。さらに回転培養装置用の培養液の容量、回転スピード、培養期間などの条件検討して、最適化した培養条件を見出した。その結果、構築した組織の栄養問題を解決した。(４)さらに、血管新生促進作用を持つ化合物であるONO-1301をファイバーに包埋して、in vitroの実験結果、組織内部の血管形成が促進され、重厚な心筋組織の機能が向上させたことが明らかになった。虚血性心不全モデル小動物への移植を予備実験を順調に進んで、心不全に対する有効性評価を行っている。(５) 最適化条件で構築した重厚な心筋組織の機能評価を行い、電気信号と収縮力を測定した結果、薄い心筋組織と比べて、明らかに機能が向上させた。(６) qPCR, 染色などの分子生物学の方法で評価した結果、線維芽細胞と内皮細胞を含まれてない心筋組織群と比較して、線維芽細胞と内皮細胞を含んだ多層心筋組織の方は細胞間のGap Junctionに関係する遺伝子の発現が上昇したことは明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
過去２年間で見出した最適したデバイス、最適した組織構築条件を生かして、最終年度に虚血性心筋症モデルに移植を行う予定である。余裕があれば、拡張型心筋症への適用性にも試してみる。臨床試験を目指した非臨床POC取得する。具体的な計画はいかになる。
(1)早期からPMDAとの相談を開始し、品質・安全管理項目を策定する。最適移植細胞数、各種細胞純度と構成比率、未分化iPS細胞の残存、移植のタイミング、免疫抑制剤使用の最適化、不整脈発生の有無、材料の毒性評価、PLGAファイバーのcGMP適用、化合物残存試験、移植後の炎症、腫瘍および他の臓器に対する一般毒性など安全性試験を検討してみる。
(2)移植細胞の生着率を組織化学的・分子生物学的に評価し、心機能の改善はエコーなどで評価する。組織レベルにおいて、血管新生・炎症・血管新生・サイトカインなどを調べて、治療するメカニズムを追求する。
(3)臨床グレート材料の選択、包装容器、運輸方法、重厚な心筋組織の保存方法、ハンドリング法などについて、条件検討を行う。
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