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ヒトES細胞を用いた神経細胞移植で霊長類パーキンソン病モデルの行動が改善

2012年2月21日


左から高橋准教授、土井研究員

 土井大輔 研究員と高橋淳 准教授(ともに京都大学再生医科学研究所/iPS細胞研究所/医学研究科脳神経外科)らの研究グループは、理化学研究所との共同研究により、ヒトのES細胞からドーパミン神経細胞を誘導し、この細胞をパーキンソン病モデルのカニクイザルの脳内に移植することによって神経症状を改善させることに、世界に先駆けて成功しました。この成果は、ヒトES細胞を用いた細胞移植治療の可能性を裏付けるもので、「Stem Cells」に掲載されました。

研究の背景

 パーキンソン病は、進行性の神経難病で、ドーパミン神経細胞が減ることで脳内のドーパミン量が減り、手足が震える、体がこわばって動きにくいなどの症状がでます。これまでの薬物や電極を用いた治療法では、いったん症状は改善できてもドーパミン神経細胞の減少を食い止めることはできませんでした。そこで、細胞移植によって神経細胞を補い、新たな神経回路の形成を促して機能を再生させるという、より積極的な治療法に期待が寄せられており、ヒトES細胞やiPS細胞もその移植細胞の候補となっています。

 これまで、マウスやヒトのES細胞から作製したドーパミン神経細胞は、パーキンソン病のラットモデルで症状改善効果が確認されていますが、ヒトES細胞から誘導したドーパミン神経細胞の挙動が霊長類の脳で調べられたことはありませんでした。臨床応用を目指すためには、霊長類のパーキンソン病モデルを用いて、ヒトES細胞から誘導したドーパミン神経細胞の有効性と安全性を厳しく検証する必要があります。

研究の成果

(1)未分化ES細胞が残った細胞の移植では腫瘍が形成されるが、悪性所見は認められなかった。

 これまでマウスやラットへの移植で、神経分化が不十分で未分化ES細胞が残っている場合には移植後に腫瘍が形成されることが報告されています。我々は同じ霊長類であるサルの脳内で細胞の増殖がどのようになるかを調べるために、あえて未分化ヒトES細胞が約35%混じった神経細胞をサル脳に移植しました。9ヶ月間観察したところ腫瘍は形成されましたが、悪性所見はなく境界は鮮明でした。一部未分化ES細胞が凝集し細胞増殖が盛んな部分がありましたが、この部位はフルオロチミジンを用いたポジトロンCT(FLT-PET)によって検出可能でした。

(2)十分に分化させた細胞の移植では移植後の細胞増殖が低く、腫瘍形成がみられなくなった。

 分化日数を長くしていくと成熟したドーパミン神経細胞の割合が多くなりますが、分化日数を長くするにしたがい移植片が小さくなり、42日間分化誘導した細胞のサル脳への移植では4頭中3頭で6ヶ月後から移植片の増大がみられなくなりました。

(3)ヒトES細胞由来ドーパミン神経細胞の移植によってカニクイザルパーキンソン病モデルの神経症状が改善した。

 細胞移植後、手足の震えや歩行状態などを点数にして12ヶ月間経過観察をしたところ、3ヶ月目から有意な症状改善が見られ、12ヶ月間持続しました。またドーパミン前駆物質を用いたポジトロンCT(FDOPA-PET)において移植部位に一致して取り込み上昇がみられ、移植細胞がドーパミンを合成していることが確認できました。さらに脳切片の免疫染色によって、12ヶ月後においてもドーパミン神経細胞が多数生着していることが明らかとなりました。

まとめ

 本研究では、ヒトES細胞由来ドーパミン神経細胞の移植によってカニクイザルパーキンソン病の神経症状が改善されることを世界で初めて明らかにしました。ドーパミン神経細胞を多く含んだ細胞の移植では、移植片が増大しなくなったと同時に神経症状の改善がみられたという点がポイントです。この成果はヒトES細胞を用いたパーキンソン病治療が可能になることを示唆します。おそらくヒトiPS細胞でも同様の効果が得られると考えられます。今後、より安全で効果的な移植を行うためには、ドーパミン神経細胞を純化する技術の開発が必要であると思われます。

5. 論文名と著者

  • 論文は以下に掲載されております。
    http://dx.doi.org/10.1002/stem.1060
  • 論文名
    Prolonged maturation culture favors a reduction in the tumorigenicity and the dopaminergic function of human ESC-derived neural cells in a primate model of Parkinson's disease
  • ジャーナル名
    Stem cells
  • 著者
    Daisuke Doia,b,c, Asuka Morizanea,b, Tetsuhiro Kikuchia,c, Hirotaka Onoed, Takuya Hayashib,d, Toshiyuki Kawasakid, Makoto Motonob, Yoshiki Sasaie, Hidemoto Saikia, Masanori Gomia,c, Tatsuya Yoshikawaa, Hideki Hayashia,c, Mizuya Shinoyamaa,c, Refaat Mohameda,c, Hirofumi Suemorif, Susumu Miyamotoc, Jun Takahashia,b,c*
  • 著者の所属機関
    a: 京都大学 再生医科学研究所
    b: 京都大学 iPS細胞研究所
    c: 京都大学大学院 医学研究科 脳神経外科
    d: 理化学研究所 分子イメージング科学研究センター
    e: 理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター
    f: 京都大学 再生医科学研究所 附属幹細胞医学研究センター

 本研究は、下記機関より資金的支援を受け実施されました。

  • 日本学術振興会「科学研究費助成事業」
  • 文部科学省「知的クラスター創成事業」
  • 文部科学省「再生医療の実現化プロジェクト」
  • 厚生労働省「再生医療実用化研究事業」
  • 「カテコールアミンと神経疾患に関する研究助成」
  • マイケル・J・フォックス財団「パーキンソン病研究助成」

 

  • 朝日新聞(2月22日 37面)、京都新聞(2月22日 1面)、産経新聞(2月22日 1面)、中日新聞(2月22日 3面)、日刊工業新聞(2月22日 25面)、日本経済新聞(2月22日 1面)、毎日新聞(2月22日 25面)、読売新聞(2月22日 1面)および東京新聞(2月22日 3面)に掲載されました。