第3回インテレクチャル・カフェ広島 iPS細胞等幹...
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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
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再生医療と幹細胞
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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
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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
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iPS細胞の利用とその課題
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==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?
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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?
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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課題解決のための取り組み
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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
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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
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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
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安定した幹細胞供給システムの開発
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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。
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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
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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
![Page 24: 第3回インテレクチャル・カフェ広島 iPS細胞等幹 …c-collabo.jp/act/img/nplan/cch24/IC(3)_2.pdf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](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020100/5d0f66b788c993a82b8b46c9/html5/thumbnails/24.jpg)
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)
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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
![Page 26: 第3回インテレクチャル・カフェ広島 iPS細胞等幹 …c-collabo.jp/act/img/nplan/cch24/IC(3)_2.pdf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](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020100/5d0f66b788c993a82b8b46c9/html5/thumbnails/26.jpg)
(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
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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)
![Page 28: 第3回インテレクチャル・カフェ広島 iPS細胞等幹 …c-collabo.jp/act/img/nplan/cch24/IC(3)_2.pdf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](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022020100/5d0f66b788c993a82b8b46c9/html5/thumbnails/28.jpg)
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
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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