米ルイビル大学の研究グループが有する組織工学技術を応用

京都大学iPS細胞研究所（CiRA）は4月4日、ヒトiPS細胞から分化誘導した心筋細胞および血管構成細胞を用いてメッシュ状の人工心臓組織を作製することに成功したと発表した。この研究は、CiRA増殖分化機構研究部門の中根武一郎研究員、山下潤教授、同大学心臓血管外科の升本英利助教らの研究グループが、米ルイビル大学のBradley B. Keller教授らと共同で行ったもの。研究成果は、英科学誌「Scientific Reports」に掲載されている。

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薬剤による治療が困難な重症心不全の患者に対しては、これまで心補助装置の植込みや心臓移植などが行われていた。近年では、新たな治療法としてヒトiPS細胞から分化誘導した心臓の細胞を移植する方法が研究されている。

研究グループは、ヒトiPS細胞から効率的に心筋細胞や血管を構成する細胞を同時に分化誘導する方法を開発しており、今回、ルイビル大学のKeller教授が有する組織工学の技術を応用し、ヒトiPS細胞由来の人工心臓組織の開発に取り組んだという。

心筋梗塞領域の心臓壁を再生、心筋梗塞後の線維化が抑制

同研究グループはまず、ヒトiPS細胞から心筋細胞と血管構成細胞（血管内皮細胞・血管壁細胞）を誘導し、細胞外マトリックス製剤（コラーゲンI・マトリゲル）とともにシリコンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（PDMS）で作製した組織培養皿に注入した。この細胞とマトリックスの混合ゲルは、培養皿に配置した仕切りの影響で内部に穴が開いて、14日間の培養でメッシュ状の形態になるという。組織は培養皿内で自己拍動し、培養皿から回収した後もその形態を維持するという。培養皿の仕切りの配置を変えて平面状、縦じまなど、その他の形態の組織も作製したが、メッシュ状は14日間培養後の細胞の生存率が96.6％と最も高く、心筋細胞が組織の線維方向に配列し、平面状の組織より高い収縮力を認めたとしている。

また、メッシュ状はパターンを維持したまま培養皿の大きさと細胞数を変更して組織のサイズが調整可能で、今回作製した3cm大のメッシュ状組織はヒトの心臓の治療に対して一般的に必要とされているサイズとも合致しており、臨床応用にも適した大きさと考えられる。さらに、その組織をラット心筋梗塞モデルに移植し治療効果を検証。移植後1か月の心臓超音波検査では心筋梗塞で一旦低下した心収縮力の回復を認めたという。組織学的検査では、移植された心筋細胞が生着し心筋梗塞領域の心臓壁を再生しているのに加え、心筋梗塞後の線維化が抑制されているのがわかった。

この技術は、重症心不全に対するヒトiPS細胞を用いた心臓再生治療の有用な方法と考えられ、今後は、ヒトに近い大型の動物での検証を進めていきたとしている。（遠藤るりこ）