第3回インテレクチャル・カフェ広島 iPS細胞等幹...

第３回 インテレクチャル・カフェ広島

iPS細胞等幹細胞評価基盤技術開発に向けたアプローチ

産総研・幹細胞工学研究センター器官発生研究チーム

伊藤弓弦

2013. 1. 23. 於ひろしまハイビル21

再生医療と幹細胞

イモリは失った手足を再生できる

ヒトは再生出来ない

再生医療医療の力で失われた

身体の機能を回復する

再生

再生医療とは

① ES細胞（胚性幹細胞）・半永久的に分裂・増殖できる・分裂速度が早い・作製時に命の始まりである胚を滅失させる（倫理的問題）・移植時の効果や安全性が確認できていない・患者本人の細胞ではないため、拒絶反応を抑える方法が必要・作製時に様々な品質のES細胞ができてしまう

② iPS細胞（人工多能性幹細胞）・半永久的に分裂・増殖できる・分裂速度が早い・移植時の効果や安全性が確認できていない・患者本人の細胞から作製できるため、倫理的問題が少ない・患者本人の細胞から作製できるため、拒絶反応が無い・作製時に様々な品質のiPS細胞ができてしまう。

③ 体性幹細胞・半永久的に分裂・増殖できるかは不明・分裂速度が遅い・骨髄移植等では移植時の効果や安全性が確認されている・患者本人や同意したドナーの細胞であれば、倫理的問題が少ない・患者本人の細胞を用いれば、拒絶反応が無い・様々な性質の体性幹細胞が単離される

青字は長所、赤字は短所。

幹細胞には大きく分けて3種類があり、それぞれ樹立・単離方法や時期が異なる。

胚盤胞 ① ES細胞

卵

樹立・培養

遺伝子導入等

③ 体性幹細胞

体細胞 ② iPS細胞

成人

単離・培養

幹細胞の種類

iPS細胞の利用とその課題

＝＝induced Pluripotent Stem cell誘導された 多能性の 幹 細胞

人工的に作られた いろいろな細胞に分化できる

＝＝＝

多能性

分裂して自分と同じ性質の細胞を増やせる細胞

iPS細胞（人工多能性幹細胞）ってなに？

京大・山中教授が初めて発表したヒトのiPS細胞

iPS細胞のコロニーフィーダー細胞

拡大拡大

倍率５０倍 倍率２００倍

1mm

iPS細胞（人工多能性幹細胞）ってなに？

膵臓ベータ細胞（Ⅰ型糖尿病）

心筋細胞（心筋梗塞）

肝臓細胞、血液細胞

どの病気に対しても、ヒトへの移植といった臨床研究はまだ行われていない。

網膜色素上皮細胞（加齢黄斑変性）

iPS細胞を用いた治療例

iPSに特徴的な細胞コロニーを選択して、植え継ぎ

培養

検査して性質を確認する

採取

培養

（未分化性に重要な遺伝子など。山中教授が報告したiPS細胞では、Sox2, Oct3/4, Klf4, Myc）

iPS細胞の作製方法

遺伝子導入

目的の細胞に分化させる

（目的の細胞ごとに異なり、薬剤や遺伝子導入など）

必要な数まで培養して増やす

分化した細胞を選別して集める

iPS細胞

移植

移植までの流れ

実際には、増やしたiPS細胞を凍結保存したり、性質を検査するのに使用してしまうので、もっと時間がかかる。

倍化時間43.2±11.5時間*

（201B7）

約2日 約2日

１０８個以上

2ヶ月程度

心筋梗塞の場合

Takahashiら、Cell (2007）より

iPS細胞を培養して増やす

１．時間がかかる

２．培養が難しい

３．iPS細胞ごとに性質の差がある

４．遺伝子組み換えをしている

５．移植後のがん化のリスク

iPS細胞での再生医療の課題

iPS細胞利用にかかる時間

iPS細胞の作製 培養して増やす目的の細胞に分化選別

1‐2ヶ月 1‐2ヶ月

安全性等試験

対象の疾患によっても異なるが、患者さんから細胞を採取してから移植までに半年から2年くらいかかると考えられている。（進行の早い疾患には対応が難しい）

移植採取

１．時間がかかる（その分コストもかかる）

半年‐1年

良い培養状態 悪い培養状態

ヒトiPS細胞の性質を維持しながら、培養するのは難しい。

誰でも簡単にできる培養方法が必要

２．培養が難しい

iPS化遺伝子導入

採取

どこに入るかはランダム

導入した遺伝子は、細胞のDNAにランダムに入り、iPS細胞になった後や移

植後もそのまま残るので、入ったままの遺伝子の影響や、周辺の遺伝子への影響が心配される。

４．遺伝子組み換えをしている

課題解決のための取り組み

１．時間がかかる（その分コストもかかる）２．培養が難しい３．iPS細胞ごとに性質の差がある４．遺伝子組み換えをしている５．移植後のがん化のリスク

iPS細胞バンク

課題を解決するための取り組み１

治療までの時間を短縮できる。

治療費が節約できる。

時間をかけて安全性などを確認できる。

デメリット：本人の細胞が使えることが、iPS細胞の利点なのに・・・白血球の血液型を合わせれば免疫拒絶を抑えることができる。特殊なタイプの人から細胞を提供してもらい、iPS細胞を作製すれば、140種類の型をそろえるだけで日本人の9割をカバーできる。（Okitaら、nature methods, 8(5)：409-412 （2011))

治療に患者本人のiPS細胞を使うのではなく、あらかじめ健康な人から作製してストックしておいたiPS細胞を使う。

iPS細胞バンク

１．時間がかかる（その分コストもかかる）２．培養が難しい３．iPS細胞ごとに性質の差がある４．遺伝子組み換えをしている５．移植後のがん化のリスク

培養の機械化（自動培養装置）

課題を解決するための取り組み２

安定した幹細胞供給システムの開発

iPS細胞連続培養の自動化に成功

・連続培養試験を行い、『２０継代以上のヒトiPS細胞の自動連続培養』に成功した。・ＡＰ染色による未分化性の確認をしたところ、コロニーの個数比で98％が未分化を達成した。

良質なiPS細胞コロニーのみ選択的継代

・iPS細胞コロニーの『分化/未分化を識別する画像処理技術』の開発に成功した。・iPS細胞コロニーを『選択的に剥離する技術』の開発に成功した。

広視野画像と画像処理技術により、良質なコロニーの輪郭を検出

選択的ピペッティングにより、良質なコロニーを剥離

１．時間がかかる（その分コストもかかる）２．培養が難しい３．iPS細胞ごとに性質の差がある４．遺伝子組み換えをしている５．移植後のがん化のリスク

iPS細胞の規格化

課題を解決するための取り組み３

幹細胞の写真

MRCiPS#25 hiPS201B7

UtEB05 UtEB05

TIG3MKOSiPS#19

KhES1

・iPS細胞の性状は、見た目からしてバラバラ。・先行研究で、ES細胞ですら性質の違いがあると報告。（分化指向性、造腫瘍性、安定性などなど）

１．時間がかかる（その分コストもかかる）２．培養が難しい３．iPS細胞ごとに性質の差がある４．遺伝子組み換えをしている５．移植後のがん化のリスク

課題を解決するための取り組み４

がん化を防ぐ様々な試み

（１） iPS細胞を作る時にがんの原因になる遺伝子を使う。危険な遺伝子を使わない方法

（２） iPS細胞を作る時に細胞のDNAを傷つける。DNAを傷つけない方法

（３） 分化しなかった細胞が一緒に移植される。分化した細胞だけを選別

がん化する理由とその対処法

遺伝子導入

採取

どこに入るかはランダム

（２）細胞のDNAを傷つける

（１）がんを引き起こす原因になる遺伝子を使う

（１）別の遺伝子を使う方法

より安全で効率の良い遺伝子

（２）‐1 DNAを傷つけない方法

センダイウイルスベクター

プラスミド

（２）‐2 遺伝子導入をしない方法

タンパク質や化学物質

がん化を防ぐ試み（１）（２）

がん化を防ぐ試み（３）

心筋誘導

心筋細胞のみにする

がんになるiPS細胞の除去

ガン化の危険性のない

安全な細胞治療を実現

不完全な分化

移植細胞からがん形成細胞の除去

iPS細胞

磁気ビーズ付きAiLecS1

５．移植後のがん化のリスク

残ったiPS細胞を除去

課題を解決するための取り組み（まとめ）

２．培養が難しい

３．iPS細胞ごとに性質の差がある

４．遺伝子組換えをしている

１．時間がかかる iPS細胞バンク

自動培養装置

がん遺伝子を使わない

遺伝子組換えしない作製法

iPS細胞の規格化