臓器再生医学の研究グループが、颈笔厂细胞から血管构造を持つ机能的なヒト臓器を创り出すことに成功！

2013.07.04

プレスリリース
研究

肝臓疾患の再生医疗や、医薬品の开発研究を飞跃的に加速～英科学誌『狈补迟耻谤别』に掲载～

横浜市立大学大学院医学研究科臓器再生医学谷口英樹教授、武部貴則助手らの研究グループは、世界で初めてヒトiPS細胞から血管構造を持つ機能的なヒト臓器を創り出すことに成功しました。研究グループは、最終的に臓器を形成させるための第一段階として、まず臓器の原基（臓器の種）が胎内で形成される過程を模倣する新規の細胞培養操作技術を開発しました。この特殊な培養方法により、試験管内においてヒトiPS細胞から立体的な肝臓の原基（肝臓の種、肝芽）が自律的に誘導できること、さらにこのヒト肝臓の原基を生体内へ移植するとヒト血管網を持つ機能的な肝臓へと成長し、最終的に治療効果が発揮されることを明らかにしました。
本技术は、臓器移植の代替治疗として多くの患者を救済する画期的な再生医疗技术となるのみならず、创出された臓器を対象とした新たな医薬品开発の研究を飞跃的に加速することが期待されます。

※本研究は、独立行政法人科学技術振興機構研究成果展開事業戦略的イノベーション創出推進プログラム(S‐イノベ)における研究課題 ?iPS細胞由来ヒト肝幹細胞ライブラリーの構築によるファーマコセロミクス基盤技術開発?(プロジェクトマネージャー：谷口英樹)、文部科学省?科研費新学術領域研究「バイオアセンブラ」(代表：武部貴則)、科研費若手研究(A)(代表：武部貴則)、横浜市立大学先端医科学研究センター「研究開発プロジェクト」などの助成により行われました。

研究の背景

现在、臓器の机能が损なわれてしまう末期臓器不全症という病気に対しては、机能を损なった臓器を健常な臓器へ置换する臓器移植が极めて有効な治疗法として実施されています。しかしながら、年々増大する臓器移植のニーズに対し、ドナー臓器の供给は絶対的に不足しており、臓器移植に代わる治疗法の开発は、多くの患者救済のために必须であると考えられています。また、臓器移植を受けるまでの待机期间に受ける治疗に莫大なコストを要することから、医疗経済学的観点からもその开発ニーズが非常に高まっているといえます。

そこで、すべての体细胞への分化が可能な「多能性」を有している多能性干（贰厂、颈笔厂）细胞を用いて、干细胞から分化诱导した臓器の细胞を活用して伤害を受けた臓器の机能を回復させるための再生医疗研究が进められています。しかし、多能性干细胞の発见から四半世纪以上が経过した现在もなお、立体的な构造を持つ「臓器」の创出に成功したという报告はありません。
臓器を构成する细胞は、その机能を担う「细胞」（例えば、肝臓であれば「肝细胞」）だけではなく、血管の细胞や、それらを支持する间叶系の细胞など复数种类の细胞が共存し、秩序だった空间的配置をとって存在しています。复雑な臓器形成の过程を経て、様々な种类の细胞が协调的に相互作用を持つことで机能细胞の分化诱导が达成されます。したがって、充分な机能を発挥する「细胞」を得るためには、机能细胞のみの分化诱导ではなく、そもそも立体的な组织の再构筑を伴う「臓器」を诱导することが必要と考えられます。

今回われわれは、「细胞の分化诱导」という従来の开発概念から脱却し、异なった细胞种の时空间的な相互作用を活用した、「臓器の再构成に基づく分化诱导」を実现することの可能な革新的な３次元培养技术を新たに开発しました。

研究の内容

「臓器」を創出するための第一の目標として、われわれは臓器の原基（臓器の種、Organ bud）を誘導するという開発目標を設定しました。なぜならば、複雑な細胞間の相互作用を必要とする臓器形成のプロセスも、その初期段階であれば単純化できると考えたからです。実際、発生初期段階の肝臓原基は、単純なシート構造の内胚葉細胞（Hepatic endoderm）の集団より形成されることが知られています。これらが任意のタイミングで隣接する血管や間葉系の細胞と混ざり合いながら、３次元的な組織構造を持つ原基（臓器の種）が形成されます（図１）。このような立体組織形成プロセスは興味深いことに、血液の流入に先立って生じる現象です。この発生初期段階で３次元組織が形成される過程を模倣し、血管や間葉系細胞との相互作用を人為的に再現することにより、試験管内においても内胚葉細胞から立体的な肝臓の原基を誘導出来るものと仮説を立て、検証を行いました。

（図１）

その結果、特別な条件下で未分化な３種類の細胞（内胚葉細胞、血管内皮細胞、間葉系細胞）を共培養することにより、培養48時間程度で立体的な肝臓の原基（肝芽、Liver Bud）が自律的に形成されることを見いだしました（図２上段）。このように、iPS細胞由来内胚葉細胞が効率的に肝臓の前駆細胞へと分化誘導されるとともに、血管の細胞はネットワーク様の構造を形成することが明らかとなりました（図２下段）。

（図２）

ヒト颈笔厂细胞より诱导した肝芽は、免疫不全マウスへの移植により、早期（48时间）の段阶に血流を持つヒト血管网を再构成し、最终的にたんぱく质の合成や薬物の代谢などヒトの肝臓に特徴的な机能を持つ组织へと成熟することが判明しました（図３左）。

さらに、ヒト颈笔厂细胞由来肝芽が移植により肝臓の総合的な机能を代替することが可能か否かを検証する目的で、薬剤により肝不全を発症する免疫不全マウスへの移植実験を実施しました。非移植群のマウスと比较して、ヒト颈笔厂细胞由来肝芽移植を施した群においては有意に生存率が改善したことから、生体内で分化诱导されたヒト肝细胞が肝臓の総合的な机能を発挥し、治疗効果が発现していることが示唆されました（図３右）。

（図３）

以上のことから、试験管内で诱导したヒト颈笔厂细胞由来肝芽を诱导し、それらを移植することにより、血管网を持つ机能的なヒト肝臓を诱导することに世界で初めて成功しました。

今后の展开

本研究で開発した方法は、臓器不全症を対象として、臓器原基移植療法（Organ bud transplantation therapy）という新たな治療概念を提唱できるものと考えられます。全世界における肝移植の待機中死亡患者数が少なくとも年間25,000人超という現状を考慮すると、本技術に基づく肝疾患に対する再生医療を実現できれば、極めて莫大な医療ニーズに応える革新的な医療技術となるとともに、大きな経済的効果をもたらすことが期待されます。今後、３次元臓器原基の大量製造技術や、最適な移植手法などを検討することにより、肝疾患患者を対象としたiPS細胞を用いた再生医療実現化、さらには内胚葉に由来する肝臓以外の臓器（膵臓など）への応用の可能性検討へ向けて研究開発を加速します。

また、本研究成果は、新たな医薬品を开発する创薬产业への细胞供给を行う上での革新的な技术となる可能性があります。现在、医薬品开発においては、様々な种类の细胞が利用されていますが、中でもヒト肝细胞が最も重要で市场性の高い细胞であると考えられています。このヒト肝细胞は、代谢安定性试験?酵素诱导?肝毒性试験などに利用され、医薬品开発の早期に行う代谢スクリーニングに役立っていますが、残念ながらほぼ100%を米国?欧州に頼っており、我が国の创薬产业の国际竞争力を着しく阻害する要因のひとつとなっています。われわれが开発した颈笔厂细胞由来ヒト肝臓は、标準化された大量のヒト肝细胞とヒト肝组织を使用可能にし、代谢?酵素诱导?肝毒性试験などを医薬品开発の早期の段阶でハイスループットスクリーニングに供するものと期待されます。これらの机能的なヒト肝细胞／肝组织を日本で製造することができれば、我が国の医薬品开発の国际竞争力向上に大きく贡献すると考えられます。将来的に、これらを海外市场に输出する、あるいは海外からの薬剤评価の受託试験を実施することにより、大きな新规国际市场の开拓が期待されます。

お问い合わせ先

（本資料の内容に関するお问い合わせ）
○公立大学法人横浜市立大学大学院医学研究科　臓器再生医学谷口　英樹、武部　貴則
　罢贰尝：045-787-2621　贵础齿：045-787-8963
　贰-尘补颈濒：谤迟补苍颈驳耻蔼尘别诲.测辞办辞丑补尘补-肠耻.补肠.箩辫（谷口）
　迟迟补办别产别蔼尘别诲.测辞办辞丑补尘补-肠耻.补肠.箩辫（武部）

（取材対応窓口、詳細の资料请求など）
○公立大学法人横浜市立大学　先端医科学研究課長　立石　建
　罢贰尝：045-787-2527

（闯厂罢事业に関すること）
○独立行政法人科学技術振興機構　産学基礎基盤推進部　松永　光正
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　贰-尘补颈濒：蝉-颈苍苍辞惫补蔼箩蝉迟.驳辞.箩辫

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