気的な刺激により神経を興奮させ体の動きを促すものです脳深部刺激療法(DBS 手術) しかしこれも病気の進行を抑えるわけではなく効果は次第に薄れてゆきますいずれの場合も症状を一時的に緩和するような対症療法でしかなくパーキンソン病の根本的な治療法は未だありません 2. これまでのパーキ

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よいかずかいて
5 years ago
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1 研究の流れ 1. パーキンソン病について I. パーキンソン病ってどんな病気パーキンソン病は 1817 年に初めて報告したパーキンソン氏の名前からつけられた病気です 1980 年代の映画 Back to the Future で主演を務めたハリウッド俳優マイケル J フォックスさんがこの疾患にかかったことでご存知の方もいるかもしれませんこの病気は主に 50 歳以降に発症するもので 1000 人に人ぐらいいると言われています体の震えや筋肉のこわばり動作が緩慢になるといった症状が知られています II. どうしてパーキンソン病になってしまうのか脳の中の黒質と呼ばれる場所にたくさんあるドパミンドーパミンともいいますをつくる神経細胞がかぎとなっていますドパミンは神経伝達物質の１つで神経を興奮させる働きがありますドパミンはドパミン産生神経細胞により作られ放出され別の神経細胞に受け取られますそれにより神経の興奮が伝えられますしかしパーキンソン病の患者さんではドパミン神経細胞が失われ減少していくことにより産生されるドパミンが少なくなってしまいますそしてドパミン神経細胞が減り続けた結果正常な場合の 2030%くらいまで減ってしまうと症状が現れると言われています III. パーキンソン病の治療法現在の治療法の 1 つは薬を飲むことで足りなくなったドパミンを補充する治療です発症すると長期に渡って薬を飲むことになるのですが薬が効果を発揮するのにもドパミン神経細胞が必要なので病気の進行とともにドパミン神経細胞が減り続けるとだんだんと薬が効きにくくなります次第に薬の効く時間は短くなり過剰に飲むと体が勝手に動いてしまうような副作用が出てきますもう１つの治療法は外科手術により脳の中に電極を埋め込んで電

2 気的な刺激により神経を興奮させ体の動きを促すものです脳深部刺激療法(DBS 手術) しかしこれも病気の進行を抑えるわけではなく効果は次第に薄れてゆきますいずれの場合も症状を一時的に緩和するような対症療法でしかなくパーキンソン病の根本的な治療法は未だありません 2. これまでのパーキンソン病治療研究と課題について I. 新しい細胞を移植することで治療できる可能性と課題根本的な治療法がない現状に手を打つべくドパミン神経細胞そのものを移植しようという試みがなされるようになりました 1980 年代末からスウェーデンやアメリカカナダなどで胎児の神経細胞を移植する臨床研究患者さんの体での効果を試す研究が行われました妊娠中絶された胎児の脳内のドパミン神経細胞がたくさんある部位を取り出し細胞をばらばらにし直接患者さんの脳に移植するというものでした約４００例の臨床研究が行われ中程度軽度の患者さんには症状の改善が見られ 20 年間効果が持続したという症例も報告されていますその一方で勝手に体がうごいてしまうような副作用が出たケースも報告されましたまたこの治療法には中絶胎児を用いることや一度の移植に必要な細胞を集めるためには複数の中絶胎児が必要で十分な細胞を得ることが難しいといった問題もありました II. ips/es 細胞を使った細胞移植治療を目指した試み胎児由来の細胞ではなくもっと大量に集められる細胞として ES 細胞や ips 細胞といった多能性幹細胞が注目されましたこれらの細胞はほぼ無限に増殖する能力があるためいくらでも増やすことができます特に ips 細胞は患者さん自身の細胞から作ることが出来ます ips/es 細胞からドパミン神経細胞をつくり患者さんに移植する治療を目指した研究が進められましたが細胞移植治療を行うためにはいくつか解決すべき課題がありました

3 ① 動物因子を含まない神経誘導方法 ips/es 細胞を培養する際にはフィーダー細胞と呼ばれるネズミ由来の細胞と一緒に培養する必要がありましたまた培養液中にはウシの血清を使っていましたこうした動物由来の成分は未知の感染症などの可能性を排除することが容易ではないので移植用の細胞にこれらをそのまま使うことは出来ません動物因子を含まない方法で細胞を培養する方法の開発が必要です ② 過剰な増殖を抑制するための細胞選別 ips/es 細胞は無限に増殖する能力がありこれらの細胞がそのまま体の中に入ると増殖を続けて腫瘍細胞の塊を形成してしまう可能性があります移植用に必要なドパミン神経細胞だけを選びとる方法の開発が必要です ③ 移植細胞の生着と機能の維持体の外で作ったものが上手く体の中にとどまって機能するかどうかはとても大切です移植したドパミン神経細胞が排除されることなく脳内に生着し働き続けられるような移植方法や移植場所を検討することが必要です ④ 長期効果と安全性確認治療法として確立するためには移植した細胞が長期間にわたって機能するのかあるいは安全性が確保できているかどうかの検証が必要です 3. 高橋淳教授研究室での研究の流れについてパーキンソン病の細胞治療に向けてこれまでに様々な研究成果を発表してきました上述の① ④の課題を解決し臨床応用に使用する細胞の作製方法を確立しました ① 動物因子を含まない細胞製造法の開発

4 ips 細胞は一般にフィーダー細胞と呼ばれるマウスの細胞と一緒に培養されていましたがこの方法では実験操作が煩雑ですし移植細胞にマウスの細胞が残ってしまう可能性がありますそこでラミニンという細胞同士をつなぐ小さなタンパク質の一部を用いさらに新しい培養液の開発などを行ってフィーダー細胞がなくても ips 細胞を培養できる方法を開発しました ( 中川ら 2014) また以前はマウスフィーダー細胞を用いて神経分化誘導を行っていましたが BMP シグナルと Activin/Nodal シグナルを阻害する低分子化合物を利用することでヒト ips/es 細胞を効率よく神経細胞へと分化させることに成功しました ( 森実ら 2011) 2 安全な細胞移植を行う方法の開発まずヒト ips 細胞の製造方法を改良しました 2007 年に発表されたヒト ips 細胞の作製方法では 4 つの遺伝子をレトロウイルスで導入していましたこの方法では導入した遺伝子が染色体に組み込まれますが組み込まれる場所が選べないために運悪く他の遺伝子を壊してしまうことによる癌化の可能性もありましたそこで染色体に組み込まれることのないエピソーマルプラスミドを使って遺伝子を導入することで遺伝子変化の少ないヒト ips 細胞を樹立する方法を開発しました ( 沖田ら 2011) 上記のように神経分化誘導法を改良することにより神経分化の効率が向上し ips 細胞の残存がみられなくなりましたさらに分化誘導早期の細胞の移植実験を行いもし脳内で細胞が増殖する可能性があるとすればそれは初期の神経幹細胞であることそれらは放射線に感受性があることを明らかにしました ( 勝川ら 2016) さらに神経組織の腹側にある底板のマーカーであるコリンというタンパク質を発現している細胞を選別する方法を開発し初期神経幹細胞を除去して中脳ドパミン神経細胞を濃縮することに成功しましたこれにより安全かつ有効さらに均質な細胞の移植が可能になりました ( 土井ら 2014) 中脳ドパミン神経細胞をより効率よく選別するために中脳マーカーと底板マーカーを発現している細胞の遺伝子発現を網羅的に解析することによって新たな中脳腹側マーカーを同定しました ( 佐俣ら 2016)

5 3 移植細胞の生着をよくする方法の開発細胞の生着や機能を高めるにはホスト脳の環境も重要ですそこで既存薬としては抗てんかん薬であるゾニサミドがマウス ips 細胞由来ドパミン神経細胞の生着を向上させること明らかにしました ( 吉川ら 2013) また細胞生着のよい脳環境と悪い脳環境の遺伝子発現を網羅的に比較解析することによって ips 細胞由来ドパミン神経細胞の生着を促進する新たな分子 NXPH3 を同定しました ( 西村ら 2015) さらに中脳黒質のドパミン神経細胞から投射を受けている神経細胞を解析することによってインテグリンα5 がシナプス形成に関わっている可能性があること性ホルモンエストラジオールがインテグリンα5β1 を活性化させ移植細胞とホスト神経細胞とのシナプス形成を促進させることを明らかにしました ( 西村ら 2016) このように薬物投与と組み合わせることによってホスト脳環境を至適化し細胞移植の効果を高めることも研究しています免疫反応についてはカニクイザルを用いて実験をしましたカニクイザルから ips 細胞を樹立し実際の細胞移植と同じようにドパミン神経細胞を誘導しました同じ細胞を用いて自分に移植する自家移植と別の個体に移植する他家移植を行いそれぞれの免疫反応を直接比較したところ自家移植では免疫抑制を行わなくても免疫反応は起こらず良好なドパミン神経細胞の生着が得られました他家移植では免疫抑制なしではやはり免疫反応は起こるものの細胞をすべて拒絶するほど強いものではないことが分かりました ( 森実ら 2013) これらの成果に基づいて臨床における有効な免疫抑制法の検討を行っています 4 移植細胞の長期効果と安全性の確認 ips 細胞が発表される 1 年前の 2005 年カニクイザルの ES 細胞から作製したドパミン神経細胞をパーキンソン病モデル ( パーキンソン病の症状がみられる ) カニクイザルの脳内に移植しパーキンソン病症状が改善することを世界に先駆けて証明しました ( 高木ら 2005) さらにヒト ES 細胞を用いて移植後 1 年間の経過観察を行いやはりカニクイザルモデルの神経症状が改善することを明らかにしましたこれらのサルでは腫瘍形成は認められませんでした ( 土井ら 2012) またヒト ips 細胞由来ドパミン神経細胞でも少なくとも 6 か月は良好な生着が得られることを確認しました ( 菊地ら 2011)

6 これらの結果からヒト ips 細胞から誘導したドパミン神経細胞は腫瘍形成をきたすことなく神経症状の改善をもたらすことが期待できます現在は臨床用に確立した製造法で作製したドパミン神経細胞の有効性と安全性をもう一度検証している段階です < 掲載論文に関する情報 > 1 Nakagawa M, Taniguchi Y, Senda S, Takizawa N, Ichisaka T, Asano K, Morizane A, Doi D, Takahashi J, Nishizawa M, Yoshida Y, Toyoda T, Osafune K, Sekiguchi K, Yamanaka S A Novel Efficient Feeder-Free Culture System for the Derivation of Human Induced Pluripotent Stem Cells. Scientific Reports 4. doi: /srep Morizane A, Doi D, Kikuchi T, Nishimura K, Takahashi J Small-Molecule Inhibitors of Bone Morphogenic Protein and Activin/nodal Signals Promote Highly Efficient Neural Induction from Human Pluripotent Stem Cells. Journal of Neuroscience Research 89 (2): doi: /jnr Okita K, Matsumura Y, Sato Y, Okada A, Morizane A, Okamoto S, Hong Hyenjong, Nakagawa M, Tanabe K, Tezuka K, Shibata T, Kunisada T, Takahashi M, Takahashi J, Saji H, Yamanaka S A More Efficient Method to Generate Integration-Free Human ips Cells. Nature Methods 8 (5): doi: /nmeth Katsukawa M, Nakajima Y, Fukumoto A, Doi D, Takahashi J Fail-safe therapy by gamma-ray irradiation against tumor formation by human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitors. Stem Cells and Development 25 (11): doi: /scd Doi D, Samata B, Katsukawa M, Kikuchi T, Morizane A, Ono Y, Sekiguchi K, Nakagawa M, Parmar M, Takahashi J Isolation of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Dopaminergic Progenitors by Cell Sorting for Successful Transplantation. Stem Cell Reports 2 (3): doi: /j.stemcr Samata B, Doi D, Nishimura K, Kikuchi T, Watanabe A, Sakamoto Y, Kakuta J, Ono Y, Takahashi J Purification of functional human ES and ipsc-derived

7 midbrain dopaminergic progenitors using LRTM1. Nature Communications 7: doi: /ncomms Yoshikawa T, Samata B, Ogura A, Miyamoto S, Takahashi J Systemic administration of valproic acid and zonisamide promotes differentiation of induced pluripotent stem cell derived dopaminergic neurons. Frontiers in Cellular Neuroscience 7: 11. doi: /fncel Nishimura K, Murayama S, Takahashi J Identification of Neurexophilin 3 as a novel supportive factor for survival of induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic progenitors. Stem Cells Translational Medicine 4 (8): doi: /sctm Nishimura K, Doi D, Samata B, Murayama S, Tahara T, Onoe H, Takahashi J Estradiol facilitates functional integration of induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic neurons into striatal neuronal circuits via activation of integrin α5β1. Stem Cell Reports 6 (4): doi: /j.stemcr Morizane A, Doi D, Kikuchi T, Okita K, Hotta A, Kawasaki T, Hayashi T, Onoe H, Shiina T, Yamanaka S, Takahashi J Direct Comparison of Autologous and Allogeneic Transplantation of ipsc-derived Neural Cells in the Brain of a Nonhuman Primate. Stem Cell Reports 1 (4): doi: /j.stemcr Takagi Y, Takahashi J, Saiki H, Morizane A, Hayashi T, Kishi Y, Fukuda H, Okamoto Y, Koyanagi M, Ideguchi M, Hayashi H, Imazato T, Kawasaki H, Suemori H, Omachi S, Iida H, Itoh N, Nakatsuji N, Sasai Y, Hashimoto N Dopaminergic Neurons Generated from Monkey Embryonic Stem Cells Function in a Parkinson Primate Model. Journal of Clinical Investigation 115 (1): doi: /jci Doi D, Morizane A, Kikuchi T, Onoe H, Hayashi T, Kawasaki T, Motono M, Sasai Y, Saiki H, Gomi M, Yoshikawa T, Hayashi H, Shinoyama M, Mohamed R, Suemori H, Miyamoto S, Takahashi J 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.

8 Stem Cells 30 (5): doi: /stem Kikuchi T, Morizane A, Doi D, Onoe H, Hayashi T, Kawasaki T, Saiki H, Miyamoto S, Takahashi J Survival of Human Induced Pluripotent Stem Cell Derived Midbrain Dopaminergic Neurons in the Brain of a Primate Model of Parkinson s Disease. Journal of Parkinson s Disease 1 (4): doi: /jpd

を行った 2.iPS 細胞の由来の探索 3.MEF および TTF 以外の細胞からの ips 細胞誘導 4.Fbx15 以外の遺伝子発現を指標とした ips 細胞の樹立 ips 細胞はこれまでのところレトロウイルスを用いた場合しか樹立できていないまた 4 因子を導入した線維芽細胞の中で ips 細

を行った 2.iPS 細胞の由来の探索 3.MEF および TTF 以外の細胞からの ips 細胞誘導 4.Fbx15 以外の遺伝子発現を指標とした ips 細胞の樹立 ips 細胞はこれまでのところレトロウイルスを用いた場合しか樹立できていないまた 4 因子を導入した線維芽細胞の中で ips 細平成 19 年度実績報告免疫難病感染症等の先進医療技術平成 15 年度採択研究代表者山中伸弥京都大学物質 - 細胞統合システム拠点 / 再生医科学研究所教授真に臨床応用できる多能性幹細胞の樹立 1. 研究実施の概要胚性幹 (ES) 細胞は受精後間もない胚から樹立する幹細胞であり様々な細胞へと分化する多能性を維持したまま長期かつ大量に培養することが可能であることから脊髄損傷若年性糖尿病