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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14570653
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 李 鍾國 名古屋大学, 環境医学研究所, 助手 (60303608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森崎 隆幸 国立循環器病センター, バイオサイエンス部, 部長 (30174410) ; 日高 京子 国立循環器病センター, バイオサイエンス部, 室長 (00216681) ; 児玉 逸雄 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (30124720)
• Keywords: 再生医学 / 胚性幹(ES)細胞 / 不整脈 / ペースメーカー細胞

Research Abstract

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日目では、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日目では、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。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syncitium(同胞体)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)。現在、心筋のサブタイプ別-特にペースメーカー細胞への誘導方法を確立するための実験が進行中である。

Research Products

• [Publications] Hidaka K, Lee JK, Kim HS, Ihim 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)
• [Publications] Miwa K, Lee JK, Hidaka K, Shi RQ, Morisaki T, Kodama I: "Optimal population of embryonic in "hanging drop" culture for in-vitro differentiation to cardiac myocytes"Environmental Medicine. 46(1). 92-94 (2002)
• [Publications] 李鍾国, 児玉逸雄: "遺伝子導入による心筋電気特性の制御-不整脈の遺伝子治療は可能か?"医学のあゆみ. 200(9). 769-774 (2002)
• [Publications] Tsuji Y, Opthof T, Yasui K, Inden Y, Takemura H, Niwa N, Lu Z, Lee JK, Honjo H, Kamiya K, Kodama I: "Ionic mechanisms of acquired QT prolongation and torsades de pointes in rabbits with chronic complete atrioventricular block"Circulation. 106(15). 2012-2018 (2002)
• [Publications] Lee JK, Hidaka K, Miwa K, ShiRQ, 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). II-68(abstract) (2002)