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(共同リリース)移植されたiPS細胞と心臓との同期運動を分子レベルで証明~iPS細胞による心筋再生療法実現に一歩前進~

平成27年1月27日

概要

iPS細胞を用いた心筋再生療法は次世代型の心不全治療として期待されていますが、これを実現化するためにはその治療効果のメカニズムを明確にすることが欠かせません。本研究では、大阪大学(総長 平野俊夫)医学系研究科外科学講座(心臓血管外科学)澤芳樹教授、宮川繁特任准教授、福嶌五月助教、国立循環器病研究センター(理事長 橋本信夫)心臓生理機能部 白井幹康部長、高輝度光科学研究センター(理事長 土肥義治)利用研究促進部門 八木直人コーディネーターらの共同研究による動物実験で、心臓に移植されたiPS細胞由来心筋細胞内の収縮タンパク質分子が、宿主心筋と同期して運動することを、最先端の放射光ナノ技術を用いて世界で初めて証明しました。
本邦発の最先端技術の融合により、心臓疾病に対する次世代型治療を開発する上で非常に重要なエビデンスを示し、iPS細胞を用いた心筋再生療法の実現に一歩近づくことができました。
本研究成果は、2015年1月20日に米国科学誌「Cell Transplantation」に掲載されました。

研究の背景

iPS細胞を用いた心筋再生療法は次世代型の心不全治療として期待されています。実際、本邦を初めとする各国の動物実験により、iPS細胞を心筋細胞に分化誘導させた自己拍動するiPS細胞由来心筋細胞の傷害心臓への移植で心臓機能が改善することが報告されてきました。しかしながら、移植されたiPS細胞由来心筋細胞が収縮弛緩を示し、宿主心臓と電気的に接合し同期運動することにより心臓機能改善に寄与するという心筋再生における最も重要なメカニズムは証明されていませんでした。

研究手法と成果

研究チームは、ラットの心筋梗塞巣に移植されたiPS細胞由来心筋細胞内の収縮タンパク質分子(アクチン、ミオシン)が、宿主心臓と同期しながら運動を続けていることを、放射光X線回折法のラット拍動心臓への応用により、直接的に映像化することで証明しました。この手法は、心臓収縮の力の源となる心筋の収縮タンパク質分子の運動を心室の様々な部位においてピンポイントで評価可能とする放射光X線回折法であり、平成25年1月5日に国立循環器病研究センターと高輝度光科学研究センターが発表しました。
本研究では、まずラット心臓の左冠状動脈を結紮することによって心筋梗塞を発生させました。次に、ここへ心筋に分化させたiPS細胞由来心筋細胞培養シートを移植しました。その後、iPS細胞由来の心筋細胞が宿主心臓と融合した頃に、大型放射光施設SPring-8の高輝度放射光を用いたX線回折実験により、これら細胞内の収縮タンパク質に由来するX線回折ピークを観察しました(右図)。
これらの回折ピークの強度は心筋の収縮と同期して変化しており、収縮タンパク質が心臓と同期して働き、張力を発生していることが明らかになりました。これは、移植されたiPS細胞由来の心筋細胞が、宿主心臓と電気的に接合して同期運動していることを証明します。この実験結果は、iPS細胞由来の心筋細胞が心臓の一部となって働いていることを示しており、心筋再生による心臓機能の改善が見込まれます。

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)

iPS細胞を用いた心筋再生治療を実現化するために、その治療効果のメカニズムを明確にすることは極めて重要です。本研究では、世界最先端の放射光技術を用いて、心臓に移植されたiPS細胞由来心筋細胞の収縮弛緩を、心臓収縮の力の源となる分子レベルの心筋収縮タンパク質分子の運動で捉えることができました。
本研究成果は、iPS細胞をSPring-8で評価するという二分野の本邦発の最先端技術を融合させることで、心臓疾病に対する次世代型治療を開発する上で非常に重要なエビデンスを示しました。今後、このような異分野間の連携により科学の進歩が加速されるものと考えられます。

原論文情報:Cell Transplantation DOI: 10.3727/096368914X685799

特記事項

本研究成果は、以下の事業によって得られました。
(独)科学技術振興機構 再生医療実現拠点ネットワークプログラム 疾患・組織別実用化研究拠点(拠点A)

最終更新日 2015年01月27日

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